Знание-сила, 2009 № 02 (980)

Может, дело не в звездах, а в моделях? Расчеты, проделанные десятилетия назад, были довольно упрощенными. Они предполагали, что коллапсирующие звезды представляют собой идеальные шары. Чтобы произвести расчет, астрофизикам приходилось игнорировать такие феномены, как вращение звезды или турбулентные (вихревые) потоки, возникающие в газовой среде. Однако и последующие, более сложные трехмерные модели ни к чему хорошему, то бишь плохому, правдоподобному не приводили. Звезды не взрывались. Из искр, сколько их ни высекали, не возгоралось звездное пламя.

По-видимому, проблема в том, что и лучшие модели образования сверхновых звезд значительно упрощают этот механизм. Для детального расчета понадобилось бы около 10²⁰ операций и объем памяти порядка 10¹² бит. Но даже самые быстродействующие современные компьютеры способны производить лишь примерно 10¹²

операций в секунду. Потребовалось бы несколько лет непрерывной работы, чтобы создать на таком компьютере одну-единственную модель взрыва сверхновой.

Расчеты сложны по нескольким причинам. Громадные размеры звезды, чрезвычайно высокие температура и плотность. А сколько хлопот доставляют нейтрино, летящие во все стороны! Их энергию, их направление движения тоже надо учитывать. К тому же этих «призрачных» нейтрино — три сорта, и они поочередно превращаются одно в другое. Более сорока лет назад нейтрино на миг сбросили свои маски, продемонстрировав, что не остаются в стороне от взрыва сверхновой звезды, но тут же облачились в новые маски, стали меняться ими.

Как пузырьки в кипятке

Наиболее сложные модели показывают, что в газовой оболочке, разогретой потоками нейтрино, возникают мощные конвективные потоки. Как пишет российский астроном Константин Постнов, «складывается ситуация, похожая на ту, которая возникает при попытке налить более плотную жидкость, например воду, поверх менее плотной, скажем керосина или масла. Из опыта хорошо известно, что легкая жидкость стремится «всплыть» из-под тяжелой». Состояние становится очень неустойчивым.

Можно прибегнуть и к другому сравнению — сказать, что газовая оболочка напоминает кипящую воду в котле. Вся ее толща пронизана пузырьками, спешащими подняться наверх. Вот такие же грибовидные пузырьки из раскаленной плазмы в огромном количестве образуются в толще звезды, устремляясь к ее поверхности. Звезда «кипит». Этот водяной котел перегрелся; вот-вот его разорвет — и, да, при определенных условиях он взрывается. Происходит асимметричный взрыв сверхновой звезды. Именно в соответствии с этой моделью распределяются, например, остатки сверхновой, взорвавшейся в созвездии Кассиопеи (на рентгеновских фотографиях, сделанных обсерваторией «Чандра», видно, что газовая оболочка, сброшенная звездой, отлетела почти на 10 тысяч световых лет).

Но бывает ли так со всеми звездами? Ученые по-прежнему не уверены, что именно гигантскими конвективными потоками в толще звезды, поднятыми проносящейся здесь «стаей» нейтрино, можно объяснить все взрывы сверхновых. Адам Барроуз предложил другое объяснение: звуковые волны.

При стремительном сжатии звезды, как показал проделанный им обширный расчет, звезда начинает вибрировать. «В компьютере ее частота поначалу равнялась тремстам герцам». По идее, порожденные этим звуковые волны заметно усиливают ослабевшую, было, ударную волну. Свою лепту вносят и нейтрино, по-прежнему разогревающие газовую оболочку звезды. Взаимное наложение этих процессов и приводит к тому, что звезда вдруг взрывается. Эти звуковые волны становятся той соломинкой, что «опрокидывают» звезду, увлекают ее в пропасть.

Проверить эту гипотезу, впрочем, можно будет, лишь обнаружив наконец гравитационные волны — предсказанные Эйнштейном колебания пространства-времени. Ведь вибрирующая звезда должна порождать эти волны. Когда с помощью специальных детекторов удастся зафиксировать их, это послужит также подтверждением правоты астрофизиков, еще более усложнивших модель образования сверхновых звезд.

В другой модели, тоже имеющей право на существование, энергия вращения звезды преобразуется в магнитную. В некоторых случаях этого оказывается достаточно, чтобы вызвать чрезвычайно асимметричный взрыв звезды, причем ее остатки выбрасываются в космос строго вдоль оси ее вращения. Подобные звезды называют также «гиперновыми»; именно они являются источниками мощных вспышек гамма-излучения.

Туманность Кассиопеи

На месте взорвавшейся гиперновой, по-видимому, остается черная дыра.

Еще одна модель. Звезда взрывается так, что от нее не остается ничего — ни нейтронной звезды, ни черной дыры. Этот механизм срабатывает, впрочем, если масса звезды очень велика — от 140 до 260 солнечных масс — и звезда почти не содержит тяжелых химических элементов. Сейчас подобные звезды крайне редки. Однако в далеком прошлом, предполагают ученые, большинство звезд были очень массивны и бедны химическими элементами.