Наш размер
Звезды, как и люди, не бессмертны. Жизнь их конечна, но заканчивается она по-разному. Если звезда небольшая, то умирает она тихо, по-домашнему, никого из соседей особенно не беспокоя. А вот если она велика, то смерть ее происходит бурно-красиво, как гибель всего большого. Массивные звезды заканчивают взрывом, на несколько дней превращаясь в ослепительно яркую сверхновую, а затем быстро схлопываясь в крохотную нейтронную звезду или вообще в черную дыру с нулевым диаметром.
По официальной космологической теории, Солнце взорваться не может. Ни сейчас, ни в будущем. Весу оно немного недобрало, на наше счастье. Еще процентов сорок от сегодняшней массы — и критический барьер был бы преодолен. Но, как говорится, «чуть-чуть — не считается», а сорок процентов — это даже не чуть-чуть.
Однако на одном Солнце свет клином не сошелся. В нашей Галактике еще есть чему взрываться. И если подобный взрыв произойдет где-нибудь не очень далеко от нас, то для Земли он будет иметь весьма существенные последствия. Если, например, взорвется расположенная от нас на расстоянии 4,4 световых года альфа Центавра, то последствия этого взрыва будут таковы: на несколько недель ее яркость, видимая с Земли, увеличится настолько, что она составит примерно 1/6 яркости Солнца. Пылать в Южном полушарии она будет как днем, так и ночью. Ледовая шапка Антарктиды получит мощнейший тепловой удар. Таяние южных ледников приведет к резкому подъему уровня океана, а резкий перепад температур — к образованию многочисленных торнадо. В результате прибрежные города будут просто смыты с лица земли. Но это произойдет лишь спустя несколько суток после того, как на небе появится второе Солнце. А вот радиационный удар жители Южного полушария испытают сразу. Излучение такой мощности, какую нам даст альфа Центавра, магнитное поле Земли остановить уже не сможет. Радиация, достигнув поверхности, если и не убьет, то основательно покорежит все живущее на ней. Количество мутаций вырастет в сотни и тысячи раз, рождение здорового ребенка станет таким же чудом, каким сейчас является рождение сиамских близнецов.
Но и это еще не все. Спустя примерно три десятилетия после того, как альфа Центавра погаснет, до Солнечной системы доберется выброшенное ею облако пыли и газа. Это облако будет настолько плотным, что Солнце в нашем небе поблекнет, яркость его упадет вдвое и на планете наступит новый ледниковый период.
Все больше, и больше, и больше
К счастью, альфа Центавра тоже недотягивает до сверхновой. По массе она примерно равна Солнцу. Более реальный кандидат на эту должность — удаленный от нас на 8 световых лет Сириус. Он в два раза тяжелее нашего светила. Но и о нем беспокоиться особо не приходится. Во-первых, последствия от его взрыва будут значительно мягче. Тут обойдется уже без ощутимого теплового удара и пылевой атаки. Да и радиационный удар мы, скорее всего, выдержим. Но в космосе есть еще много звезд, пусть расположенных от нас дальше, чем Сириус, но и гораздо больших по размерам.
В 160 световых годах от Земли, в созвездии Пегаса, сидит ближайший к нам красный гигант по имени Шеат. Его диаметр примерно в 110 раз больше солнечного. Век таких звезд недолог и составляет всего несколько сотен миллионов лет (для сравнения напомним, что динозавры вымерли всего 60 млн. лет назад, а до этого они царили на планете почти 200 млн. лет). Но и Шеат — почти игрушка, если сравнить эту звезду с обитающим в созвездии Кита на расстоянии 230 световых лет от Земли красным гигантом Мирой. Этот объект по размерам превышает нашу желтую звездочку в 420 раз. Если бы Мира расположилась в центре нашей системы, то орбиты всех внутренних планет, от Меркурия до Марса включительно, располагались бы в ее чреве, а Юпитер бы вращался от нее в самой непосредственной близости. И эта звезда тоже вполне может рвануть в любой момент. Примерно с теми же последствиями, какие мы описали для альфы Центавра.
Если посмотреть еще дальше, то можно найти и более массивные звезды. На расстоянии примерно 500 световых лет таких уже три. Рас Альгете из созвездия Геркулеса перекрывает диаметр Солнца в 500 раз, Антарес из Скорпиона — в 640, а Бетельгейзе из Ориона — в 750. Диаметр последней приближается к диаметру орбиты Сатурна. Шар по размерам чуть меньший, чем вся наша Солнечная система, и готовый взорваться в любую минуту.
Судьба динозавра
Канадские ученые Дейл Рассел и Тэкер Уоллес объясняют вымирание динозавров резким повышением радиации при взрыве близко к Земле сверхновой звезды. По их словам, взрыв повлек за собой резкое похолодание, а ультрафиолетовое и рентгеновское излучения в течение всего нескольких дней могли увеличиться в сотни раз. Взрыв Бетельгейзе повлечет за собой гораздо более значительные последствия. На нашем небе она на несколько месяцев превратится во вторую луну, причем луну полную и светящую как днем, так и ночью. Про мощность радиационного удара и говорить не хочется. Одно утешение: пыль от Бетельгейзе будет добираться до нас не одну тысячу лет. Так что если человечество сможет пережить саму вспышку, то к нашествию космического мусора оно успеет подготовиться.
А взрыв этот, если верить Брэду Картеру, должен произойти буквально со дня на день. Бетельгейзе, в отличие от многих других известных нам красных гигантов, уже сейчас ведет себя крайне неспокойно. Она постоянно пульсирует, то сжимаясь до размеров Рос Альгете, то вновь расширяясь до прежней величины. А когда в конце прошлого века астрономы засняли гиган-та в инфракрасном диапазоне, на снимке обнаружилось, что звезду окружает оболочка газа, в 400 раз превышающая размеры Солнечной системы. По их словам, это может говорить о том, что превращение сверхгиганта в сверхновую уже началось и космического коллапса нужно ждать уже в ближайшие годы.
Есть, правда, еще версия, что Бетельгейзе уже «рванула», причем по человеческим меркам давно — несколько столетий назад. И как раз сейчас ударная волна сверхжесткого излучения от нее летит к нам. Ведь лету ей — чуть больше четырехсот лет.
Оценка
Николай Чугай, доктор физико-математических наук, заведующий отделом нестационарных звезд и звездной спектроскопии Института астрономии РАН
— Николай Николаевич, известно, что 60 млн. лет назад наших динозавров убила вспышка взорвавшейся недалеко от Земли сверхновой. Может ли что-то подобное повториться в будущем?
— Ваш вопрос состоит из двух частей. Первая часть — утверждение о том, что вспышка сверхновой убила динозавров, — не вполне обоснована. Для того, чтобы это произошло, должно было случиться крайне маловероятное событие: вспышка сверхновой на расстоянии несколько парсек. С другой стороны, полностью исключить такую возможность нельзя. В настоящее время более реалистичной кажется гипотеза, согласно которой массовое вымирание динозавров связано с резким похолоданием вслед за падением крупного метеорита. Что касается вопроса о том, произойдет ли вспышка близкой сверхновой в будущем, — кто знает? Возможно, когда-нибудь в далеком будущем и произойдет. Это вопрос статистики редких маловероятных событий.
— Есть ли сейчас близкие к нам звезды, взрыва которых астрономы ждут со дня на день?
— Самая близкая звезда — Солнце, но оно не взор-вется, а в конце концов — через 5 млрд. лет — превратится в белый карлик.
— Наше солнышко — типичная звезда?
— Да, подавляющее большинство звезд похоже на Солнце, и их ждет такой же финал. Что же касается взрывов сверхновых, то они в основном порождаются массивными звездами массой более 10 солнечных масс.
Таких звезд рождается гораздо меньше — раз в 20, чем звезд солнечного типа. Их век относительно «недолог» — от нескольких миллионов до ста миллионов лет. По внешним признакам довольно трудно оценить возраст такой звезды. Наиболее надежный признак скорого конца — превращение горячей массивной звезды в холодную звезду большого радиуса. Такие звезды называют красными сверхгигантами. Когда мы видим массивный красный сверхгигант, мы знаем: скоро, через миллион лет или менее того, он взорвется, как сверхновая звезда. С большей точностью предсказать момент «кончины» нельзя.
— Даже с точностью в несколько тысяч лет?
— Нет. Ближайший к нам красный сверхгигант — Бетельгейзе, самая яркая звезда в созвездии Ориона.
Ее масса — 10–20 солнечных. Это потенциальная сверхновая, и часто говорят, что она вот-вот взорвется. Да, мы уверены, что она взорвется, но завтра или через миллион лет — этого нельзя сказать определенно.
Впрочем, в будущем, когда, возможно, будут созданы нейтринные телескопы очень высокой чувст-вительности, можно будет судить о том, сколько времени остается звезде до взрыва. Дело в том, что горячее ядро на финальной стадии жизни звезды испускает колоссальное количество нейтрино. Например, за сто лет до взрыва нейтринная светимость звезды с массой 15 солнечных в тысячу раз превосходит ее фотонную светимость. Более того, нейтринная светимость быстро нарастает по мере приближения к финалу. Измерив поток нейтрино от Бетельгейзе, мы смогли бы сказать более определенно, когда следует ожидать ее взрыва.
— А как, собственно, взрывается звезда? Что служит взрывчаткой?
— Взрывы сверхновых могут быть двух видов: термоядерный взрыв углеродно-кислородного белого карлика с критической массой 1–1,4 солнечной и взрыв, порождаемый гравитационной энергией. Именно последнее случится с Бетельгейзе. Сценарий таков: к концу жизни массивной звезды в ее центре образуется ядро с массой около 1,4 солнечной.
— Ядро — железное?
— Да, и вот почему. Ядро атома железа имеет замечательное свойство: его энергия связи в расчете на один нуклон, то есть протон или нейтрон, максимальна среди всех ядер. Образно говоря, железо — это пепел термоядерного горения на предшествующей стадии. В некоторый критический момент давление в центре звезды уже не в силах сдерживать увеличивающийся вес ядра, равновесие между давлением и гравитацией нарушается в пользу гравитации, и ядро стремительно обрушивается на центр, образуя при этом нейтронную звезду с радиусом 15 км. В данном случае говорят: случился гравитационный коллапс. Выделившаяся при коллапсе огромная гравитационная энергия срывает оболочку звезды ударной волной. И вот она — вспышка сверхновой.
— А возможно ли, что Бетельгейзе уже рванула, только мы пока этого не увидели из-за запаздывания света?
— Нет, в астрономии принято говорить о наблюдаемых событиях, которые происходят одновременно с приходом фотонов.
— То есть как увидели, так и произошло. И все же она может взорваться, и она довольно близкая.
— Да, совсем недалеко — на расстоянии 130 парсек, то есть около 400 световых лет.
— И как может ее взрыв сказаться на нас?
— Я думаю, никак. В видимом свете сверхновая будет светить примерно как четверть Луны. Что же касается жесткого излучения в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазоне, то его поток будет ничтожно мал по сравнению с жестким излучением Солн-ца. Так что о нем можно забыть. Следует сказать, что потенциальную угрозу для жизни на Земле могли бы представлять космические лучи — протоны высокой энергии, которые ускоряются в ударной волне, порождаемой расширением оболочки сверхновой в межзвездной среде. Вообще-то галактические космические лучи постоянно облучают Землю со всех сторон, и хотя магнитное поле и атмосфера Земли препятствуют свободному их прохождению, все же малая толика их доходит до земной поверхности. Считается, что космические лучи могут быть существенным фактором генетических мутаций на Земле. Очень близкая сверхновая могла бы усилить поток космических лучей на Землю во много раз, что сказалось бы на темпе мутаций. Основная доля космических лучей, ускоряемых в оболочке сверхновой, «путешествует» вместе с оболочкой, хотя скорость частиц равна скорости света, которая в десятки, сотни раз превышает скорость расширения оболочки сверхновой. Удерживаются космические лучи в оболочке магнитным полем, которое генерируется в ударной волне. В том случае, если оболочка близкой сверхновой дойдет до Земли, фон космических лучей может возрасти.
— И как скоро эта оболочка долетит до Земли?
— Могла бы приблизительно через 100 тысяч лет. Но этого не случится. Оболочка, порожденная взрывом Бетельгейзе, не достигнет Земли.
— Почему?
— При расширении в межзвездной среде — которая хотя и почти вакуум, но все же не пустое пространство — оболочка сверхновой тормозится. Расчеты показывают, что, расширившись до радиуса 50–100 парсек, она полностью затормозится и «рассыплется» на газовые облака, потеряв свою идентичность. Даже если оболочка на последнем издыхании и накроет Землю, никто этого заметит: фон космических лучей возрастет не более чем на 10%.
— Раз так, нам не стоит бояться Бетельгейзе. А равно с ней — и Миру из созвездия Кита, про которую тоже говорят, что рвануть может.
— Ну, Миру точно опасаться нечего. Это звезда солнечного типа, и она находится на пути к белому карлику. Сейчас это пульсирующий красный гигант, которому осталось жить около миллиона лет. Взорвется скорее другой сверхгигант — Мю Цефея, Эракис, «гранатовая звезда Гершеля». Она такого же класса, как и Бетельгейзе, однако теряет массу намного энергичнее и, скорее всего, ближе к своей кончине, нежели Бетельгейзе. Но она в четыре раза дальше Бетельгейзе. Обе эти звезды взорвутся, как сверхновые типа II, которые как раз и порождаются гравитационным коллапсом, о котором мы уже упоминали.
— С Солнцем мы можем быть абсолютно спокойны, поскольку, как вы сказали, оно никогда не взорвется.
— Нет. Но неприятностей от него следует ждать, правда, только лишь через 5 млрд лет. Оно раздуется, превратится в красный гигант, а в его цент-ре сформируется белый карлик с массой в половину солнечной. Оболочка звезды в конце концов рассеется, и на короткое время Солнце предстанет перед мыслимым наблюдателем красивой планетарной туманностью, свечение которой будет поддерживаться ультрафиолетовым излучением горячего белого карлика. Таким образом, катастрофического взрыва не будет, но, когда Солнце станет красным гигантом…
— Станет жарко?
— Очень жарко, около тысячи градусов.
— Да, пусть лучше так. А вы сами наблюдали взрывы сверхновых? Лично, воочию?
— Я их изучаю, используя наблюдения других астрофизиков, в том числе в ходе выполнения совместных исследований. С другой стороны, одну из недавних сверхновых, сверхновую 1987 года в Большом Магеллановом Облаке в Южном полушарии, можно было видеть невооруженным глазом. В максимуме она светила, как третья по яркости звезда в созвездии Малая Медведица. Собственно, ее открыли, посмотрев на небо.
— Полыхнула — и разглядели. А не полыхнула, никто бы и не знал.
— Не совсем так. Большое Магелланово Облако — карликовая галактика на расстоянии 50 килопарсек — довольно интенсивно наблюдается астрономами, и сверхновую не могли бы пропустить. Впрочем, так оно и было, поскольку она была открыта независимо несколькими астрономами. Прежде в разное время видели гораздо более яркие сверхновые, которые взрывались в нашей Галактике. Японцы и китайцы наблюдали сверхновую 1054 года, арабы и европейцы видели и описали сверхновую 1006 года. Тихо Браге подробно описал сверхновую 1572 года, а Кеплер — сверхновую 1604 года.
— А там, где они это все видели, там сейчас что?
— О, там впечатляющие свидетельства катастрофы. Например, на месте сверхновой 1054 года находится расширяющаяся ажурная волокнистая Крабовидная туманность, в центре которой находится пульсар — вращающаяся нейтронная звезда. На месте сверхновой Тихо Браге, 1572 года, мы видим оболочку, которая расширяется со скоростью около 3000 км/с. В ее центре нет пульсара, поскольку это был взрыв белого карлика с полным разлетом всей звезды. Оболочка сверхновой Тихо не столь впечатляющая в оптическом диапазоне, как Крабовидная туманность, зато хорошо видна в рентгеновском и радиодиапазонах. Более того, в рентгеновском диапазоне удается разглядеть то, что не увидеть в видимом свете, — интересную структуру, порождаемую при торможении сверхновой в межзвездном газе. В этом случае возникают две ударные волны. Внешняя бежит наружу по межзвездному газу, а внутренняя — по веществу сверхновой. Обе ударные нагревают газ до температуры в десятки миллионов градусов, и обе светят в рентгеновском диапазоне. Но свечение внутренней ударной волны оказывается во много раз сильнее по той причине, что вещество сверхновой обогащено металлами, в частности железом и кремнием, которые хорошо излучают рентгеновские кванты. Это обстоятельство подчеркивает тот известный факт, что сверхновые звезды являются источником тяжелых химических элементов, то есть элементов тяжелее водорода и гелия, во Вселенной. В ударной волне происходит и ускорение частиц — протонов и электронов — до очень высоких энергий. Ускоренные электроны при торможении в магнитном поле излучают радиоволны. Именно это радиоизлучение — признак того, что в ударной волне происходит ускорение космических лучей. Определенно можно сказать, что космические лучи, попадающие на Землю, — результат коллективного вклада взрывов сверхновых в нашей Галактике.
