ВВЕДЕНИЕ

     Величественный покой усыпанного звездами ночного неба всегда производил глубокое впечатление на человека. Такой «мирный» образ Вселенной, возникающий в воображении человека, объясняется не только относительной краткостью человеческой жизни и всей истории человечества, но и тем, что сведения о наиболее быстротекущих, взрывных процессах, происходящих буквально мгновенно даже по человеческим представлениям, чаще всего приносят нам электромагнитные излучения таких видов, которые невозможно наблюдать глазом и с помощью обычных наземных телескопов. Теория эволюции звезд, гигантских газовых облаков и других небесных тел показала неизбежность катастрофически быстрых изменений на определенных этапах их жизни. В результате сформировалась сложная, порой противоречивая и во многом еще неясная до конца картина бурных, резко нестационарных явлений во Вселенной.

     Не все звезды проходят «спокойный» путь своего развития (эволюцию «нормальной» звезды), т.е. от момента ее зарождения в виде сгустка сжимающейся газопылевой туманности до глубокой  «старости» – сверхплотного холодного «черного» карлика. Некоторые на заключительном этапе своей эволюции взрываются, вспыхивая могучим космическим фейерверком.  В таких случаях говорят о вспышке «сверхновой» звезды. Светимость сверхновой может  равняться 500 миллионам солнц.

     От «сверхновых» звезд следует отличать «обычные» новые звезды. Мощность вспышки у этих звезд в тысячи раз меньше, чем у сверхновых. Вспыхивают новые звезды сравнительно часто (в нашей Галактике – около 100 вспышек в год). Для новых звезд характерна повторяемость вспышек, которые не приводят к существенному изменению структуры звезд. Напротив, вспышка  сверхновой – это радикальное изменение, и даже частичное разрушение структуры звезды.

     Пока нам еще не известны катастрофы, по своим масштабам более грандиозные, чем вспышки сверхновых. ( Хотя, в последнее время, по-видимому, обнаружены удивительные объекты – взрывающиеся ядра галактик, явление несравненно более грандиозное, чем вспышки сверхновых.) За какие-нибудь несколько суток вспыхнувшая звезда увеличивает свою светимость в сотни миллионов раз. Бывает так, что в течение короткого времени одна звезда излучает света больше, чем миллиарды звезд той галактики, в которой произошла вспышка.

     Естественно, что колоссальный космический взрыв приводит к гибели самой звезды и катастрофическим последствиям в ее ближайших окрестностях. Однако сам факт космического взрыва, скорее всего, является закономерным, а не случайным в рамках сохранения и перераспределения энергетического баланса галактик.

ВСПЫШКИ СВЕРХНОВЫХ В НАШЕЙ ГАЛАКТИКЕ

     В отличие от вспышек «обыкновенных» новых звезд, это явление принадлежит к числу весьма редких.  В нашей Галактике около 100 млрд.звезд. По имеющимся оценкам, ежегодно рождается примерно 1 – 10 новых звезд. Сверхновые же вспыхивают в среднем раз - два в столетие. Поэтому такие вспышки изредка наблюдаются в других галактиках. Если держать систематически «под наблюдением» несколько сот галактик, то можно с большой вероятностью утверждать, что в течение одного года хотя бы в одной из таких галактик вспыхнет сверхновая звезда. Сейчас ежегодно открывают около 20 – 30  внегалактических сверхновых. Полное их число достигает почти 600.

     Тем не менее история сохранила довольно значительное число хроник и даже научных трактатов, содержащих описание вспышек сверхновых в нашей Галактике. Так, например, сохранился ряд китайских хроник, в которых рассказывается о появлении на небе в июле 1054 г. «звезды-гостьи» в созвездии Тельца. Эта звезда была настолько ярка, что ее видели даже днем; по своему блеску она превосходила Венеру – самое яркое светило неба после Солнца и Луны. Несколько месяцев звезда была видна невооруженным глазом, а потом постепенно погасла.

     С 1054 г. в нашей Галактике было замечено еще две вспышки сверхновых: одну из них наблюдал в 1572 г. датский астроном Тихо Браге, другую – в 1604 г. Иоганн Кеплер. Затем наступила пауза продолжительностью в три века. Тем не менее сверхновые можно обнаружить даже после того, как они угасли, - по их влиянию на окружающую межзвездную среду и по остаткам, сохраняющимся после взрыва.

                                                  ТУМАННОСТИ

Крабовидная туманность

     Через семь с половиной веков после взрыва сверхновой в 1054 г. французский астроном Шарль Мессье, составляя знаменитый каталог туманностей, под N 1 поместил объект необычайной формы. Впоследствии этот объект получил название «Крабовидная туманность». Этот объект невозможно наблюдать невооруженным глазом. Его фотография была получена путем длительного экспонирования фотопластинки на одной из самых совершенных астрономических обсерваторий.

     Волокнистая структура яркого объекта внешне несколько напоминает краба, почему он и получил название Крабовидной туманности. Для астрономов такая структура служит признаком некоторой  бурной активности в центре объекта. Признаки активности становятся еще более явными после детального исследования туманности. Так, например, измерения скорости светящегося вещества туманности показали, что оно удаляется от центра объекта со скоростью около 1000 км/с и более. А при последующих исследованиях в радио- и рентгеновском диапазонах обнаружилось, что Крабовидная туманность испускает также радиоволны, рентгеновское и гамма-излучение. Полагают, что этот замечательный объект представляет  собой остаток взрыва звезды, происшедшего много столетий назад, а именно в июле 1054 г.

     Дальнейшие наблюдения показали, что Крабовидная туманность медленно расширяется, как бы «расползаясь» по небу. Так как расстояние до этой туманности равно 2000 пк, то заметное увеличение ее размеров на небе означает, что скорость разлета образующих ее газов достигает 1500 км/с, т.е. более чем в 100 раз превосходит скорости искусственных спутников Земли. Между тем скорость движения обычных газовых туманностей  в Галактике редко превышает 20-30 км/с. Только гигантских масштабов взрыв мог сообщить такой большой массе газа столь высокую скорость. Из наблюдаемой скорости расплывания Крабовидной туманности следует, что приблизительно 900 лет назад вся туманность была сосредоточена в очень малом объеме и что эта туманность не что иное, как остаток грандиозной космической катастрофы – вспышки сверхновой.

Как отличить туманности – остатки вспышек сверхновых звезд –

от обыкновенных туманностей

        В 1949 г. было обнаружено, что Крабовидная туманность является мощным источником радиоизлучения. Вскоре удалось объяснить природу этого явления: излучают сверхэнергичные электроны, движущиеся в магнитных полях, находящихся в этой туманности. Та же причина объясняет общее радиоизлучение Галактики. Таким образом, при вспышке сверхновой каким-то образом образуется огромное количество частиц сверхвысоких энергий – космических лучей. По мере расширения и рассеяния туманности заключенные в ней космические лучи выходят в межзвездное пространство. Если учесть, как часто вспыхивают сверхновые звезды в Галактике, то образующихся при этих вспышках космических лучей оказывается достаточно для заполнения ими всей Галактики с наблюдаемой плотностью.

     Таким образом, впервые со всей очевидностью удалось доказать, что вспышки сверхновых звезд являются одним из основных источников пополнения Галактики космическими лучами; кроме того, они обогащают межзвездную среду тяжелыми элементами. Это имеет огромное значение для эволюции звезд и всей Галактики в целом.

Крабовидная туманность обладает еще одной удивительной особенностью. Ее оптическое излучение, по крайней мере на 95%, имеет «синхротронную» природу (обусловлено также сверхэнергичными электронами). На основе новой теории оптического излучения Крабовидной туманности удалось предсказать, что это излучение должно быть поляризованным.  Наблюдения ученых полностью подтвердили этот вывод теории. В настоящее время синхротронное оптическое излучение обнаружено еще у нескольких объектов, преимущественно радиогалактик.

В 1963 г. при помощи ракеты с установленными на ней приборами удалось обнаружить довольно мощное рентгеновское излучение от Крабовидной туманности. В 1964 г. во время покрытия этой туманности Луной удалось показать, что этот источник рентгеновского излучения протяженен. Следовательно, рентгеновское излучение испускает не звезда, некогда вспыхнувшая как сверхновая, а сама туманность. Было доказано, что рентгеновское излучение Крабовидной туманности имеет также синхротронную природу.

Рентгеновское излучение полностью поглощается земной атмосферой и может наблюдаться только с помощью аппаратуры, установленной на ракетах и спутниках. Особенно ценные результаты были получены на специализированном спутнике «Эйнштейн», запущенном в ознаменование столетия со дня рождения великого ученого.

Дальнейшие наблюдения показали, что все без исключения туманности – остатки вспышек сверхновых звезд – оказываются более или менее мощными источниками радиоизлучения, имеющего ту же природу, что и у Крабовидной туманности

ДВА ТИПА СВЕРХНОВЫХ

     До сих пор речь шла преимущественно о туманностях, образующихся при вспышках сверхновых звезд. Что же можно сказать  о самих вспыхивающих звездах?  Как уже упоминалось, данные наблюдений относятся к  сверхновым, вспыхивающим в других звездных системах. В нашей Галактике последняя такая вспышка наблюдалась в 1604 г. Эту звезду наблюдал Кеплер. Тогда еще не был изобретен телескоп, а спектральный анализ – этот мощнейший метод астрономических исследований – стал применяться только спустя два с половиной столетия.

     По наблюдениям вспышек в других галактиках удалось установить, что сверхновые бывают двух типов. Сверхновые I типа – это довольно старые звезды с массой, лишь немного превосходящей солнечную. Такие сверхновые вспыхивают в эллиптических галактиках, а также в спиральных звездных системах. Мощность излучения у таких сверхновых особенно велика, хотя массы выброшенных газовых оболочек не превышают нескольких десятых массы Солнца.

      Так называемые сверхновые  II типа вспыхивают в спиральных галактиках. Они никогда не вспыхивают в эллиптических звездных системах. Сверхновые этого типа, как принято думать, массивные молодые звезды. Именно по этой причине они, как правило, наблюдаются в спиральных ветвях, где еще продолжает идти процесс звездообразования. Не исключено, что если не большая, то по крайней мере значительная часть горячих массивных звезд спектрального класса О кончает свое существование вспышкой сверхновой этого типа.

ПРИЧИНА ВЗРЫВОВ ЗВЕЗД

     Существует несколько гипотез о причине взрывов звезд, наблюдаемых как сверхновые. Однако общепризнанной теории, основывающейся на известных фактах и могущей предсказать новые явления, пока нет. Можно, однако, не сомневаться, что такая теория будет создана в самом ближайшем времени. По всей вероятности, причиной взрыва является катастрофически быстрое выделение потенциальной энергии тяготения при «спаде» внутренних слоев звезды к ее центру.

Эволюция звезд

Почему взрываются звезды ? Каждая ли звезда взрывается? Что представляют собой осколки взорвавшейся звезды? Что остается после взрыва? На все эти вопросы нельзя ответить, не имея представления о структуре и эволюции звезд. Взрыв – это свидетельство нарушения внутреннего равновесия звезды, и, чтобы понять, почему и когда это нарушение происходит, необходимо прежде всего знать, как вообще поддерживается равновесие в звездах.

     Собственное гравитационное поле массивных объектов заставляет их сжиматься. И если внутреннее давление недостаточно для того, чтобы воспрепятствовать сжатию, то массивные объекты коллапсируют. Тот факт, что Солнце сохраняет неизменными свои размеры, свидетельствует о существовании внутри его сильного давления.

     Согласно современным представлениям, звезды образуются при сжатии межзвездного газово-пылевого облака. По мере сжатия облако постепенно дробится на множество мелких частей. Каждая часть продолжает сжиматься дальше и при этом нагревается, особенно в середине. Эту раннюю стадию жизни звезд исследовал японский астроном Ч.Хаяши. Когда температура в центре звезды становится достаточно высокой, начинаются реакции термоядерного синтеза – звезда, как говорится, вступает в пору своей зрелости.

     Тем не менее существует одна проблема, касающаяся начальной стадии образования звезд. Решение этой проблемы связано со сверхновыми.

     Как только звезда начинает «работать» как ядерный реактор, качественная картина ее эволюции сводится вкратце к следующему. Сначала благодаря реакциям ядерного синтеза водород превращается в гелий. В этом процессе высвобождается энергия, которая препятствует сжатию звезды под действием собственного тяготения. Пока реакции ядерного синтеза продолжаются, звезда, как говорят, находится на главной последовательности. Стадия главной последовательности – самая продолжительная в жизни звезды, причем ее длительность зависит от массы звезды. Чем больше масса, тем меньше время пребывания на главной последовательности, т.к. в массивных звездах водород выгорает быстрее.

     Когда исчерпаются запасы водорода, особенно в ядре звезды, ядро начинает сжиматься, ибо после прекращения ядерных реакций звезда теряет способность противостоять тяготению. Однако, сжимаясь, ядро разогревается еще больше, и в результате повышения температуры начинается следующий цикл ядерных реакций. В этих реакциях гелий превращается в углерод, затем углерод превращается в кислород и неон. На каждой ступени этой серии реакций образуются все более массивные атомные ядра. Каждое атомное ядро поглощает дополнительно по одному ядру атома гелия, при этом его заряд возрастает на 2, а массовое число на 4. Как только ядра очередного типа превращаются в более массивные ядра следующего типа, синтез прекращается. Это ведет к ослаблению противодействия силам тяготения, которые снова начинают сжимать ядро звезды, еще более повышая его температуру. Когда температура достаточно возрастает, начинаются ядерные реакции следующего цикла. И, пока они продолжаются, дальнейшее сжатие звезды приостанавливается. Эти реакции переводят атомные ядра еще на одну ступеньку выше, добавляя им по одному ядру атома гелия. При достаточно высоких температурах могут сливаться и более массивные ядра. Так и продолжается этот многоступенчатый процесс включения – выключения ядерных реакций.

Что происходит со звездой, пока идут ядерные реакции?

     Это зависит от того, какова масса звезды. В общем случае ядро звезды все больше сжимается и нагревается, в то время как внешняя оболочка расширяется и охлаждается. Таким образом, внешний наблюдатель видит, что размер звезды увеличивается, в ее цвет становится красноватым (следствие охлаждения оболочки). Такие звезды называют красными гигантами. (Если температура на поверхности Солнца около 5500 `С, то поверхностная температура звезды-гиганта может понижаться до 3500`С. Поэтому наше Солнце имеет желтоватый цвет, а цвет звезд-гигантов приближается к красному.)

     Это как раз тот самый момент в жизни звезды, когда она готова превратиться в сверхновую, если только масса ее достаточно велика.

Взрыв звезды

     Ударная волна разгоняет вещество оболочки до скоростей, превышающих параболическую скорость (скорость освобождения), поэтому оболочка отрывается от звезды и сбрасывается в межзвездное пространство. Именно так в конечном счете и происходит взрыв звезды.

     Для внешнего наблюдателя, как это и было при взрыве сверхновой 1054 г., взрыв проявляется в резком возрастании светимости звезды, а затем в постепенном, более продолжительном ее угасании. В пике светимости сверхновая по мощности излучения может сравниться с целой галактикой, содержащей до 100 млрд. обычных звезд!

Продукты взрыва  и его  последствия

     Продуктами такого взрыва являются атомные ядра (синтезированные в звезде), электроны, нейтрино и излучения. Ядра атомов образуют потоки космических лучей, которые распространяются в нашей Галактике на огромные расстояния.

     Для нас, жителей Земли, было бы настоящей катастрофой, если бы взрыв сверхновой произошел на расстоянии, скажем, 100 световых лет. Порожденные этим взрывом космические лучи высоких энергий натворили бы страшных бед в земной атмосфере. Они могли бы, например, разрушить весь защитный слой озона и тем самым открыть все живое на Земле ультрафиолетовому излучению Солнца. К счастью, взрыв сверхновой – довольно редкое явление. Вероятность взрыва сверхновой в наших окрестностях не дальше 100 световых лет в течение 1000 лет равна всего лишь одной миллионной.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

     На этом мы заканчиваем обсуждение взрывов звезд и сопутствующих им явлений. И оболочка, сбрасываемая в окружающее пространство, и сохраняющееся при взрыве сверхновой ядро звезды связаны с целым рядом интересных явлений. Среди них можно назвать: стимулирование процесса звездообразования; выброс в межзвездную среду вещества, прошедшего цепь превращений в ходе термоядерных реакций в звездах; образование нейтронных звезд и, возможно, черных дыр; образование пульсаров, космических лучей и т.п.

     Предстоит еще выяснить немало вопросов о взаимодействии сверхновой с окружающей средой, и нет сомнения, что как теоретические, так и экспериментальные исследования в этой области принесут богатые результаты.

     Вселенная – извечная загадка бытия. Манящая тайна навсегда. Ибо нет конца у познания. Есть лишь непрерывное преодоление границ неведомого. Но как только сделан этот шаг – открываются новые горизонты. А за ними – новые тайны. Так было, так будет. Особенно в познании Космоса – бесконечного, вечного, неисчерпаемого.

СОДЕРЖАНИЕ

ВСПЫШКИ СВЕРХНОВЫХ В НАШЕЙГАЛАКТИКЕ…………   3

ТУМАННОСТИ …………………………………………………….  3

Крабовидная туманность ……………………………………….     3

     Как отличить туманности – остатки вспышек сверхновых звезд – 

от обыкновенныхтуманностей …………………………………    4

ДВА ТИПА СВЕРХНОВЫХ ……………………………………….        5

ПРИЧИНА ВЗРЫВОВ ЗВЕЗД ……………………………………..        5

     Эволюция звезд …………………………………………………          5

     Что происходит со звездой, пока идут ядерные реакции ……          6

     Взрыв звезды ……………………………………………………          7

     Продукты взрыва и его последствия ……………………………       7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………         7