Земля в лучах «звезды смерти»

 

Эту, закрученную в спираль, звезду, названную Юла, или, по международному каталогу – WR 104, ученые обнаружили в созвездии Стрельца в конце прошлого тысячелетия. При этом удалось установить, что расстояние до зловещей WR 104 не такое уж и большое: всего 8 тысяч световых лет. А это – приблизительно четвертая часть расстояния до середины Млечного Пути.

А вскоре выяснилось, что Юла – далеко не безобидный космический объект: оказывается, она в будущем может серьезно угрожать жизни на нашей планете.

Цикл вращения WR 104 равняется ровно восьми месяцам. Поэтому астрономы называют эту звезду «бриллиантом космических часов».

Эта раскаленная космическая юла состоит из двух огненных сияющих звезд‑близнецов, которые движутся по фиксированной орбите. Вращаясь друг около друга, эти звезды выбрасывают в космическое пространство потоки газа, которые закручиваются в спираль, дублирующую орбиты звезд.

Ученые уже рассчитали, что обе звезды в ближайшие несколько сотен тысяч лет взорвутся, став сверхновыми. Но, как показывают наблюдения, одна из этой парочки уже сейчас пребывает в крайне неустойчивом состоянии. Поэтому астрономы вполне обоснованно называют этот диумвират бомбами замедленного действия.

Когда звезда, подобная Юле, превращается в сверхновую, она может сбросить настолько мощный поток гамма‑излучения, что Земля, если окажется на пути этого незримого «снаряда», может серьезно пострадать. Ведь вспышка гамма‑излучения – это один из самых мощных взрывов во Вселенной, во время которого в течение всего нескольких миллисекунд может образоваться такое количество энергии, какое Солнце выделило за 10 миллиардов лет своего существования.

А так как этот смертоносный поток в первое время будет «мчаться» со скоростью света, то подготовиться к надвигающейся угрозе вряд ли получится.

 

 

WR 104. Спектрозональное фото

 

А эта угроза довольно серьезная: если поток гамма‑излучения долетит до Земли, то его воздействие может стать губительным для всего живого на нашей планете. Расчеты специалистов показывают, что в том случае, если взрывная волна с Юлы будет контактировать с Землей в течение хотя бы 10 секунд, то это приведет к исчезновению 25 % всего озонового слоя, который в настоящее время защищает нас от губительного воздействия ультрафиолетовых лучей. Для лучшего понимания значимости этой цифры скажем, что на данный момент человечество в результате своей деятельности уничтожило около 3–4 % озонового слоя.

Столь существенные потери этой защитной оболочки Земли могут привести к исчезновению многих видов животных и растений, нарушениям в экосистемах и пищевых цепочках и стать причиной сельскохозяйственного кризиса, а следовательно – и неминуемого голода.

Кроме того, выброс значительного количества гамма‑излучения приведет к ускоренному развитию смога, плотная пелена которого закроет Солнце и приведет к выпадению кислотных дождей.

Впрочем, с учетом громадного расстояния до «смертоносной» спирали поток солнечного света уменьшится всего на 1–2 %. Подобный эффект может вызвать лишь незначительное похолодание в некоторых районах, но не станет причиной глобальной катастрофы в виде нового ледникового периода.

Впрочем, как все будет происходить на самом деле? – пока никто не знает. И вымирание многих представителей флоры и фауны, смог, похолодание – это всего лишь предполагаемый сценарий возможного развития событий, если Юла вдруг столкнется с Землей.

 

Пожиратели вещества

 

На первый взгляд Солнце – довольно массивное космическое тело, особенно если сравнивать его с окружающей его «свитой» из планет: Венеры, Земли или даже Сатурна с Юпитером. Но хорошо известно, что в космическом пространстве находится огромное количество звезд, которые в десятки, а то и сотни раз крупнее Солнца. Но как же они умудрились достичь столь грандиозных размеров?

 

 

Рождение звезды‑гиганта

 

И вот, благодаря некоторым уникальным исследованиям, ученые, кажется, ответили на этот любопытный вопрос. Оказалось, что, как это ни парадоксально звучит, в основе роста звезд‑гигантов лежит их обычный… аппетит: они не только очень интенсивно «захватывают» и «пожирают» окружающее вещество, но и не отказываются от поглощения меньших сестер и братьев, то есть занимаются самым настоящим каннибализмом.

Схематично процесс формирования будущей гигантской звезды выглядит следующим образом. В первое время, конденсируясь, звезда притягивает к себе из окружающего пространства все больше и больше газа и пыли, благодаря которым ее вес и объем постепенно увеличиваются.

Естественно, в какой‑то момент масса и плотность звезды достигают такой величины, что в ее недрах под действием мощнейших гравитационных сил ядра водорода сближаются настолько, что начинается термоядерная реакция. Звезда вспыхивает очередной яркой точкой в мировом пространстве.

После этого звезда начинает активно выбрасывать в окружающую среду вещество в виде быстрых частиц и, конечно, излучения. Поток этих частиц и излучения начинает отталкивать остатки вещества, которое еще осталось в пределах звезды, тем самым лишая ее новой «пищи», а значит, и материала для дальнейшего роста.

50 лет назад, то есть в 60‑х годах прошлого столетия, астрофизики были уверены, что благодаря активному «каннибализму» звезды все же не могут стать супертяжеловесами, то есть вырасти до 20‑кратной солнечной массы.

Но расчеты расчетами, а реальные наблюдения давали совсем иную звездную картину: например, была получена информация о том, что некоторые массивные звезды имеют намного большие размеры и массы. А, например, в настоящее время астрономам известны светила, масса которых составляет более сотни солнечных.

Одно время астрофизики предполагали, что когда звезда прекращает «питаться» своими мелкими соседями, то это – навсегда. Однако новые исследования астрономов показали, что аппетита звезды‑гиганты отнюдь не теряют. И если даже он у них слегка падает, тем не менее когда звезда не может, как раньше, заниматься активным поглощением соседок по космосу, она все равно периодически находит возможность «перекусить».

 

Невероятные звезды

 

Астрономам известно, что гибнущая звезда совсем с небосвода не исчезает. Если она имеет относительно небольшую массу, то превращается в белого карлика – бледного аналога старой звезды, жизнь которой может длиться до бесконечности. А вот массивные звезды, взорвавшись, могут превратиться в нейтронную звезду или в черную дыру.

Итак, нейтронная звезда. Уже само название говорит о том, что состоит она в основном из нейтронов. Во внешней оболочке этой звезды находятся атомы, окруженные свободными электронами. Под этим наружным слоем пребывают протоны и нейтроны, причем последних значительно больше. Еще глубже обосновались нейтроны, электроны и ядро. Но вот что это ядро собой представляет, никто пока точно не знает.

Так вот, когда диаметр звезды уменьшается до 30 километров, материя при такой гигантской плотности принимает новую форму, называемую нейтронной материей. Если же плотность становится еще больше, звезда полностью разрушается, превращаясь в черную дыру.

Анализируя переход нейтронной звезды в черную дыру, ученые предположили, что между этими звездными формами существуют другие виды крошечных светил.

Ведь звезда, чтобы превратиться в черную дыру, должна быть как минимум в 10 раз массивнее Солнца. В то время как масса нейтронной звезды больше солнечной всего в 1,5–3 раза. Вот в этом промежутке астрономы и вычислили ряд удивительных объектов.

 

 

Звезда Эта Киля и туманность Гоммункул

 

Поскольку отдельные нейтроны имеют значительно меньшие размеры, чем атомы, они в нейтронной звезде и легче прижимаются один к другому. Атомы же к такому уплотнению не способны.

Казалось бы, физический тупик, после которого никаких изменений в звезде не должно происходить. Однако теория говорит, что нейтроны при такой невероятной плотности не остаются целыми, а начинают распадаться на отдельные части, именуемые кварками. Их у нейтрона три – один верхний и два нижних. Так вот, кварки, не будучи стабильными частицами, могут в свою очередь превратиться в своих более тяжелых родственников – «странных кварков». Именно это «оливье» из разнообразных элементарных структур носит название «странной материи».

Так вот, если эта гипотетическая звезда имеет верхние и нижние кварки, она зовется кварковой, а если она содержит еще и большое количество s ‑кварков – самых легких среди этой группы частиц, – то ее называют странной звездой.

Таковы теоретические выводы ученых. Но существуют ли такие звезды в действительности? Сказать наверняка, опять же, никто не может.

И все же подвижки в этом направлении появились. Во‑первых, теория позволяет нарисовать приблизительный «фоторобот» таких звезд. А это значит, что астрономы определенное представление об этих звездах все же имеют. И по «фотороботам» этих звезд могут искать их во Вселенной.

Эти поиски привели ученых к одной странной нейтронной звезде, которая находится на расстоянии в 150 световых лет от Земли. Странность ее в том, что она имеет всего 11 километров в поперечнике. Есть еще одна нейтронная звезда, которая демонстрирует другую необычность: она очень быстро охлаждается.

А поскольку диаметр первой и разница температур второй звезды не вкладываются в те параметры, которые характерны для нейтронных звезд, обе эти звезды и стали кандидатами в кварковые звезды. Впрочем, наделение этих звезд новым статусом носит пока теоретический характер, так как полных знаний о нейтронных звездах у астрофизиков пока нет. Поэтому и говорить о том, нейтронная это звезда или нет, довольно сложно.

И все же ученые уверены, что превращение нейтронной звезды в кварковую они смогут установить по той колоссальной энергии, которая выделится в ходе этого явления. Более того, существует гипотеза, что наиболее интенсивные гамма‑всплески являются результатом появления кварковых звезд.

Человеческая мысль никогда не стоит на месте, а всегда стремится проникнуть в глубь процессов и явлений. Поэтому астрофизики попытались выяснить: а что же случится с кварковой материей, когда она настолько уплотнится, что отдельные частицы перестанут в ней существовать?

На этот счет существует две точки зрения. В соответствии с первой, кстати, наиболее популярной, гравитация приведет частицы в состояние бесконечной плотности, что послужит толчком к возникновению черной дыры.

А вот сторонники второй гипотезы считают, что кварки могут состоять из еще более простых частиц. В силу этого между кварковой звездой и черной дырой существует промежуточная структура, называемая «преонной звездой». Построена она из субатомных частиц – преонов, которые считаются самыми элементарными и практически неделимыми и в определенных комбинациях формирующими любой другой тип частиц.

Но существование преонных звезд противоречит Стандартной Модели Вселенной, которая пока достаточно полно объясняет, хотя и не без шероховатостей, ее природу. Поэтому преонная гипотеза особым успехом среди физиков не пользуется.

Все виды звездной материи, о которой до этого шел разговор, состоят из фермионов – семейства частиц, к которому принадлежат и электроны, и протоны, и нейтроны, и кварки. Но помимо этих элементарных кирпичиков материи, в природе, согласно теоретическим расчетам, существуют еще и бозоны – связующее звено, благодаря которому взаимодействуют элементарные фермионы.

Так вот, физики‑теоретики предполагают, что бозоны вполне могут сформировать свой собственный тип материи. Поскольку такие частицы должны обладать малой массой и быть стабильными, они, объединившись, могут сформировать звезду.

И хотя это очень эфемерная гипотеза, тем не менее она тоже имеет своих приверженцев. Они предполагают, что такие звезды находятся в центре галактик. И действительно, астрофизикам известны несколько галактик с так называемыми активными галактическими ядрами, срединная область которых намного ярче теоретически рассчитанной. Именно там и могут скрываться бозонные звезды.

Предполагается, что появились они на ранних стадиях развития Вселенной. Это косвенно подтверждает тот факт, что большинство галактик с активными ядрами наблюдаются в отдаленных (следовательно, самых древних) частях космоса.

Таким образом, кроме нейтронных звезд и черных дыр, космос населяет еще много светящихся экзотических объектов, правда, большинство из которых существует только в теории. Вот астрофизикам и предстоит узнать: гипотетические или реальные такие звезды, как кварковые, преоновые или бозоновые.

В продолжение темы о невероятных звездах, наверное, не лишним будет сказать и о существовании во Вселенной… гигантского ускорителя частиц, своеобразного вселенского андронного коллайдера. Находится он на расстоянии приблизительно 7,5 тысячи световых лет от Земли. И образован он силами гравитации, которые возникают между двумя массивными звездами.

Одна из них – Эта Киля. Она считается крупнейшим из известных современной науке светил: ее масса более чем в 150 раз больше солнечной.

В этом «природном устройстве» находится своеобразная «ловушка для элементарных частиц», в которой гравитация разгоняет протоны до скоростей, при которых их энергия достигает показателя в 10 ТэВ, или 10 миллионов миллионов электронвольт. А это – почти в полтора раза больше, чем максимальный показатель, достигнутый на Большом андронном коллайдере, который, как известно, расположен недалеко от Женевы.

Помимо протонов, солнечные ветры звезды‑гиганта несут также потоки ионов – электрически заряженных атомов. Когда разогнанные протоны сталкиваются друг с другом или с этими ионами, рождаются частицы, называемые пионами. Но они очень быстро разрушаются, выделяя при этом гамма‑излучение. Открытие коллайдером звездной системы Эта Киля стало первым практическим подтверждением теории существования подобных гравитационных ловушек для протонов.

 

Парадокс: холодные звезды

 

Говоря о звездах, мы обычно подразумеваем под этим понятием раскаленные до невероятно высоких температур небесные тела. А температуры там и впрямь гигантские. Ведь даже поверхность ближайшей к нам звезды – Солнца с температурой, равной 6000 градусов, можно считать лишь слегка подогретой по сравнению с теми «факелами» Вселенной, температура которых достигает нескольких десятков и сотен тысяч градусов. К таким «разгоряченным» объектам относятся белые карлики с температурой 200 000 градусов.

В это трудно поверить, но, оказывается, есть звезды, которые во много раз холоднее Солнца. Это – так называемые коричневые карлики. К ним мы еще вернемся в 7 главе.

Одно время рекордсменом в этой температурной категории была звезда, которая в каталогах обозначена как CFBDS0059. Температура этой звезды по разным данным колеблется от 180 до 350 градусов Цельсия. А это для звезды почти то же самое, что для Земли Антарктида.

 

 

Коричневый карлик в созвездии Волопаса

 

Звезды со столь низкими температурами у астрономов получили наименование коричневых карликов. По сути, это особый класс небесных тел, занимающий промежуточное положение между звездами и планетами. Причем на ранних этапах своей эволюции, то есть в молодости, коричневые карлики являются звездами. Когда же «постареют», то переходят в группу планет типа Юпитера, то есть планет‑гигантов.

Нередко специалисты называют коричневых карликов еще и «не случившимися звездами». Связано это с тем, что хотя в них и проходят термоядерные реакции, но энергию, уходящую на излучение, они компенсировать не могут и поэтому со временем остывают. А планетами их назвать нельзя уже по той причине, что они не имеют четкой морфологической структуры: в них нет ни ядра, ни мантии и господствуют конвекционные потоки. А так как подобное строение характерно для звезд, коричневые карлики и оказались в этой категории небесных тел.

В соответствии с общепринятой теорией строения и эволюции звезд принято считать, что небесное тело становится солнцем, если его вес достигает 80 масс Юпитера. Связано это с тем, что при меньшей массе в звезде не смогут проходить термоядерные реакции, которые обеспечивают ее необходимой энергией.

Для появления же коричневого карлика небесному объекту достаточно иметь вес, равный 13 массам Юпитера. Это по космическим меркам – величина не очень и большая.

С 1995 года, когда существование этих космических тел было подтверждено реальными исследованиями, их уже открыто более сотни. Всех их ученые разделили на две группы: более горячие карлики относятся к L‑классу, а более холодные – к T‑классу.

А вот вновь открытой холодной звезде CFBDS0059 места в этой классификации не нашлось, и ей пришлось выделить отдельное «помещение» – Y‑класс.

Масса этой звезды – от 15 до 30 масс Юпитера. Находится она от Земли на расстоянии в 40 световых лет. Особенностью этой звезды является то, что из‑за своей низкой температуры она чрезвычайно тусклая, и ее излучение фиксируется в основном в инфракрасной области спектра.

Но прошло совсем немного времени, и в 2011 году астрономы обнаружили еще более холодного коричневого карлика. Они увидели его с помощью десятиметрового телескопа, расположенного на острове Мауна‑Кеа. Причем сигнал от этого небесного объекта был настолько слабым, что его с большим трудом удалось выделить из общего космического шума.

Вновь открытый коричневый карлик получил классификационный номер CFBDSIR J1458+1013B. В отличие от ранее открытого своего «ледяного» собрата он находится в составе парной системы. Его партнер – тоже коричневый карлик, но уже вполне обычный. Находится эта структура на расстоянии 75 световых лет от Земли.

Температура нового рекордсмена колеблется где‑то в районе 60–135 градусов Цельсия. Это значит, что на этом коричневом карлике может находиться вода, причем в жидком состоянии.

Правда, раньше в атмосфере коричневых карликов тоже фиксировались горячие пары воды. Но на этом невероятно холодном карлике, как предполагают ученые, она даже может находиться в виде облаков.