"Чёрные дыры". Эволюция звёзд. Продолжение. Нейтронные звёзды. Пульсары

В предыдущей статье мы говорили о том, что случится с нашим Солнцем по окончании его жизненного цикла. И установили, что оно превратится сначала в "белого карлика", а потом, окончательно погаснув, в "чёрного карлика", т.е. маленький, диаметром не более 100 км абсолютно безжизненный шар чрезычайно высокой плотности (порядка прим. миллиона грамм на куб. см объёма). Это неминуемо случится после того, как остывающее ядро звезды, состоящее преимущественно из тяжёлых атомов металлов группы железа мгновенно сколлапсирует внутрь себя, поскольку силы для поддержания вещества ядра в состоянии гидростатического равновесия у Солнца больше не будет по причине выгорания водорода, являющегося естественным "сырьём" для поддержания реакции синтеза гелия.

Проще говоря, "вода выкипет" окончательно, и кастрюля лопнет.

Этот процесс, грандиозный по сути, остаётся мало понятным практически для людей, далёких от основ астрофизики и посему не представляющих себе реальные масштабы катастрофы.

Представьте себе обыкновенный чугунный утюг. А теперь попробуйте представить, какую силу нaдо применить к этому утюгу, чтобы cжать его со всех сторон так, чтобы он стал равным по размеру канцелярской кнопке. На Земле нет пока инструментов такой мощности, чтобы осуществить подобное.

Хотя теоретически такое сжатие вполне возможно при наличии соответствующих сил.

И тем не менее, эта задача просто ничтожна по сравнению с процессом, в результате которого звезда диаметром в миллион километров "ужимается" до "карлика" со ста километрами в поперечнике, т.е. становится ровно в 10 000 раз меньше, чем была изначально. И происходит это за долю секунды. Таков уровень сил гравитации в коллапсирующем ядре!

Фактически, это ядро утрамбовывается так плотно, что между атомами вещества уже не остаётся свободного пространства. Образно это выглядит так, как если бы внешняя электронная оболочка одного атома практически упиралась в такую же оболочку другого, соседнего, чего никогда не бывает в естественных условиях ни в одном химическом элементе и ни в одном физическом объекте. В итоге плотность получившегося "продукта" становится равной плотности самого атома этого вещества. Поэтому её удельный вес будет огромным.

Колоссальное давление, которое получает вещество ядра схлопывающейся звезды, есть результат массы этой звезды. Поскольку Солнце - звезда очень большая с нашей, земной точки зрения, поскольку его масса невообразимо велика (по сравнению с Землёй), энергия тяготения его вещества оказывается достаточной, чтобы совершить такую работу. Формирование "белого карлика" есть естественный предел коллапса, он останавливается на том рубеже, когда силы гравитации, "падения внутрь" вещества ядра уравновешиваются силами сопротивления дальнейшему сжатию со стороны электронной массы вещества ядра.

Эти электроны в результате колоссального давления и сверхвысоких температур "деформировались", вернее, деформировалось их энергетическое состояние. Они заняли позиции, соответствующие наименьшему энергетическому уровню. Физики называют такое состояние "вырожденным электронным газом". Образно говоря, они "вплотную прижались к ядрам и друг к другу". Идеальная структура вещества нарушилась. Образовалась "взвесь" этих электронов, которые теперь изо всех сил сопротивляются внешнему давлению и уравновешивают его.

Можно понять эти электроны! Им просто некуда уже отступать. Ну не внутрь атомного ядра же, на самом деле!

А вообще-то, почему бы и нет? А почему, собственно, не внутрь ядра? Да, для этого нужны силы, многократно превосходящие те, что описаны выше!

Потому что загнать электрон внутрь ядра, сплющить его там вместе с протоном вплоть до получения нейтрона и далее, по всему объёму до однородной нейтронной субстанции - задача запредельных масштабов! Её не только нелегко осуществить, но даже представить её можно только умозрительно.

Хотя, говорят, что в лабораториях Нобелевского лауреата Левашова такие фокусы выполнялись запросто!

Подмастерье повязывал ремешок поверх густых русых волос, надевал фартук и клал атом на наковальню. А Гуру произносил жаркую молитву, воздев очи горе, и изо всех ведических сил лупил по несчастному атому молотком. После этого электрон пищал от боли, уходил с головой в ядро, там с горя спаривался с протоном и - готово дело! Падал на пол кузни свеженьким нейтрончиком! Подмастерью оставалось только подобрать его с земли и положить в корзину.

А во всех остальных учебно-тренировочных центрах подобная задача решалась по-прежему косно и отстало. В ускорителях заряженных частиц. И то - в порядке эксперимента, разового по количеству и качеству. О получении нейтронной массы даже ничтожного объёма речь никак не шла у дураков физиков!

Потому что для этого им были нужны энергии, сопоставимые с гравитационными внутриядерными силами звёзд, превышающих Солнце по своей массе! А где ж её было взять? Левашов не давал, а больше ни у кого не было.

Но кто, собственно, сказал, что таких масс в природе нет? Есть! И много! Космос бесконечно разнообразен!

А человеческий ум бесконечно изобретателен и находчив, если он, конечно, не прошёл предварительную психообработку в лабораториях "профессора всех наук" и "гуру" всех истинных учёных патриотов, гения всех истинных знаний Левашова.

В этом смысле профессору-физику Субраманьяну Чандрасекару повезло необыкновенно! Его угораздило родиться задолго до появления на свет Великого Мага Левашова и его Школы Жизни.

Поэтому счастливый американский индус спокойненько себе напрягал своё серое вещество, которого у него, на радость нам всем, оказалось в избытке для того, чтобы придти к очень любопытному выводу:

Оказывется, если масса любой звезды не превышает 1.4 солнечной массы - быть ей "белым карликом", хоть тресни! И ничего иного с ней не будет!

Видно, догадался хитрый индус (кстати, ни капли не еврей, что странно) рассчитать силу сопротивления вырожденного электронного газа и, соответственно, силу, необходимую для её преодоления.

И посчитал не только это, змей! Не совсем понятно, как у него не отвалилась рука рисовать столько нулей, сколько их требовалось для его упражнения, но он таки нарисовал!

И пришёл к интересному выводу!

Оказывается, если звезда наша меньше или равна 1.4 солнечной массы, то выйдет из неё только несчастный "Белый карлик"!

А если больше, чем 1.4, то что?

То тогда - нейтронный компот!

Звезда с массой, больше 1.4, но меньшей, чем 3 (три!) Солнца коллапсирует уже не в "Белого карлика". А в нейтронную звезду! И тогда возникает такое чудо:

Это - типичная нейтронная звезда в сравнении с островом Манхеттен, Нью-Йорк.

Или, вот так, для пущей наглядности, по сравнению с городом Ванкувер, в Канаде:

Диаметр = 10-20 км.

Плотность - 6.65 * 10(14) g/см(3) Прописью: 665 триллионов грамм на один кубический сантиметр. Или, чтобы по-нашему, по-простому - всего навсего 665 миллионов тонн. Вобщем, чайная ложка на пару миллиардов тонн потянет.

Другой любопытный фактик в том, что на Земле, падая со стремянки высотой в один метр, вы приземляетесь со скоростью 4 с половиной метра в секунду. Плохо, конeчно. Синяк можно набить.

А если поставить такую же стремяночку на нейтронную звезду и потом столкнуть с неё Гуру Всех Наук, то его вдохновенная тушка рухнет на поверхность нашего небесного тела со скоростью ровно 1889 километров в секунду. Для сравнения: скорость автоматной пули примерно в 2700 (две тысячи семьсот) раз медленнее.

А скорость корабля "Прогресс" на орбите Земли примерно в 250 раз медленнее.

Вобщем, скорость звука на Земле всего лишь 340 метров в секунду, что примерно в 5500 раз медленнее. Так что, вернее всего, пукнуть от восторга Гуру даже не успеет. И слава Богу.

Причина формирования нейтронной звезды заключается в очень большой исходной массе звезды. Эта масса такова, что её уже хватает на преодоление сил сопротивления вырожденых электронов, как в случае с "Белым карликом", поэтому коллапс вещества продолжется дальше вглубь. Внутрь атома.

Сорванные со своих последних якорей электроны впрессовываются в атомы, в результате их соединения с протонами появляются найтроны. Эта масса начинает занимать весь объём, который впоследствии покроется прочной коркой примерно в 1 км толщиной, под которым окажется наше нейтронное желе:

И сам процес, и сопутствующие ему численные значения многократно подтверждены и перепроверены на протяжении многих десятилетий, поэтому сомневаться в них не стоит! Хотя чего только не сделаешь из любви к Эйнштейну! Говорят, в Уральском Университете со всем этим делом категорически несогласны и идут по жизни своим путём, ещё более суровым. Ну, это мы отвлеклись.

Нейтронные звёзды по сути - один сплошной нейтрон с поперечником в 10-20 километров, не более. Не более, потому что здесь работает известное в астрофизике правило зависимости массы от радиуса. Чем больше масса, тем меньше радиус объекта. И это абсолютно логично, поскольку сверхвысокая плотность и, как следствие, масса неизбезжно приводят к "ужатию" тела звезды вследствие сил внутриядерного тяготения.

Это означает (и это тоже расчитано теоретически), что меньше, чем эти самые 10-20 км звезда быть уже не может. Поскольку в действие вступает тот же самый закон гидростатического равниовесия, когда нейтронный компот в теле звезды, вырожденный так же, как и в случае "Белого Карлика", только уже на уровне нейтронов, препятствует любому дальнейшему сжатию. Проще говоря, даже массы трёх Солнц оказывется недостаточно, чтобы задавить упрямые осколки ядер.

Нейтронная звезда - космическое тело, необычайное во всех отношениях.

Необычайно раскалённая, необычайно массивная, с силой тяготения такой величины, что преодолеть её может только свет (вторая космическая скорость - порядка 150 000 и более км.сек), она вдобавок ко всему, вращается с умопомрачительной скоростью вокруг своей оси, делая один оборот за доли секунды!

Благодаря чему, непрерывно излучает вовне колоссальной силы электромагнитное, рентгеновское и другие виды излучений, испускаемые её через равные промежутки времени, как-будто пульсируя, за что получила название - Пульсар.

Интересно, что эти звёзды "поют". На предлагаемом ниже ролике представлены звуки, издаваемые различными типами пульсаров, начиная "нашего", домашнего, в Галактике Млечный Путь, до вновь открытых, таких, как последний, Пульсар по имени PSRB1937+21 в созведии Лисички, совсем не далеко от нас, в нашей Галактике, на расстоянии в несколько сотен световых лет. Он вращается со скоростью 642(!!!) оборота в секунду, так, что его поверхность движется со скоростью в 1/7 скорости света.

 При этом надо понимать, что не каждая нейтронная звезда обязательно становится пульсаром, В то же время - каждый пульсар - это нейтронная звезда, которая так же, как и "Белые Карлики" сформировалась в результате звёздного коллапса.

Здесь уместно добавить следующее.

Существует понятие "Вспышка сверхновой". По-английски это звучит примерно так же, как и по-русски: Supernova.

Не очень знакомые с астрономией люди иногда понимают это выражение, как "рождение новой звезды".

На самом деле это выражение имеет прямо противоположное знaчение. Такая вспышка означает смерть звезды, тот самый звёздный коллапс, о котором мы говорили уже много раз. Конечно, в результате такого коллапса, сопровождаемого невероятным по мощности и величине выбросом энергии во всём диапазоне - от лучистой до рентгеновского излучения, появляется новый космический объект, такой, наопример, как уже упоминавшийся "Белый карлик", нейтронные звёзды, пульсары или магнетары. И тем не менее, это новое тело есть лишь бренные "останки", "уголь", оставшийся после угасания термоядерной топки, горевшей многие миллиарды лет.

В случае нейтронных звёзд уже совершенно ощутимо проявляются релятивистские эффекты - замедление времени на них составляет до 20%, "деформация" пространства может быть практически ощутимой величиной, согласно преобразованиям Лоренца в полном соответствии с Теорией Относительности Эйнштейна.

Но на формировании нейтронных звёзд дело не заканчивается. Космос велик и бесконечен в своих проявлениях. И потому нет ничего особенно удивительного в том, что р ано или поздно коллапсируют такие звёзды, которые больше нашего Солнца в три и больше раз.

И вот тут нейтронной звездой уже не отделаешься.