Представим себе двойную систему, в которой компаньоны вращаются вокруг общего центра масс, подчиняясь закону всемирного тяготения. В принципе такая система очень устойчива. Но если более тяжелый компонент по какой-либо причине взорвется и заметная часть массы в результате взрыва быстро покинет двойную систему, устойчивость нарушится, и второй компаньон, как камень, выброшенный из пращи, улетит из системы. Именно подобный механизм и вызывает появление на небе звезд-бегунов.
Отвлечемся от двойных систем и обратим внимание на еще один необычный тип звезд: «бурые карлики». Значение их велико в первую очередь для проблемы космологии. Бурые карлики — это субзвезды, газообразные тела с размерами в несколько раз больше Юпитера. При их гравитационном сжатии выделяется тепловая энергия, которая производит достаточное количество тепла для их довольно тусклого свечения, но которой явно не хватает, чтобы вспыхнули термоядерные реакции. Ясно, что время свечения таких объектов по космологическим меркам невелико — миллионы лет, и астрономам крупно повезло, когда сравнительно недавно такая субзвезда была обнаружена в 28 световых годах от Солнца.
Значение же этих объектов для космологии состоит в том, что бурые карлики наряду с нейтрино и черными дырами могут быть компонентами «скрытой» массы Вселенной. В принципе, пространство между звездами может быть заполнено бесчисленными бурыми карликами, которые просто-напросто довольно быстро «умирают» — перестают светить и становятся недоступными для наблюдений.
Мы сейчас довольно бегло обсудили эволюцию звезд различной массы, остановившись, естественно, на наиболее общих закономерностях. Это обсуждение никоим образом не исчерпывает всего разнообразия явлений, происходящих в мире звезд. А некоторые из этих явлений были известны людям тысячи лет тому назад.
Взрывающиеся звезды
В 1915 году центральное бюро астрономических сообщений получило телеграмму следующего содержания: «Звезда раздувается и лопается». Телеграмма была направлена в связи с очередной вспышкой новой. Мы помним, что при вспышке светимость новой в сотни тысяч раз может превышать светимость Солнца. А может ли звезда светить так же, как миллиарды Солнц?
На первый взгляд подобный вопрос кажется абсурдным. И тем не менее во Вселенной происходят поражающие воображение человека явления поистине циклопических масштабов, когда одна звезда вдруг становится почти столь же яркой, как гигантская, содержащая сотни миллиардов звезд галактика.
В 1885 году в астрономической обсерватории в Тарту была обнаружена новая звездочка. Располагалась она поблизости от центра туманности Андромеды и имела блеск примерно 6,5 звездной величины. А это значит, что, обладая хорошим зрением, ее можно было наблюдать и без оптических инструментов. Поскольку сама туманность Андромеды имеет блеск 4,4m, сразу становится ясно, что в этом случае блеск отдельной звезды лишь в четыре с небольшим раза слабее блеска гигантской галактики, превышающей по своим размерам нашу.
Однако в то время мало что было известно о структуре галактик и расстоянии до них. Поэтому открытию 1885 года не было придано никакого значения. А ведь знай тартуские астрономы о том, что туманность Андромеды находится от нас на расстоянии свыше 2 миллионов световых лет и содержит сотни миллиардов звезд, они, бесспорно, смогли бы оценить всю грандиозность открытого ими явления, когда одна-единственная звезда светила ярче многих миллиардов звезд.
В 1895 году в NGC 5253 вспыхнула звезда, блеск которой превышал блеск всей галактики в 100 раз! Конечно, NGC 5253 гораздо меньше туманности Андромеды, но тем не менее и в ней есть несколько миллиардов звезд. В 1972 году в NGC 5253 снова зарегистрировали чудовищный взрыв. За последние 90 лет астрономы наблюдали около 100 подобных катаклизмов. Для того чтобы отличить эти вспышки от вспышек обычных новых, в 1934 году американские астрономы Ф. Цвикки и В. Бааде предложили называть новый класс объектов «сверхновыми».
Нельзя, конечно же, говорить о том, что лишь в первой половине XX века люди смогли оценить грандиозный масштаб этого явления. В записях китайских и японских астрономов мы находим описание неожиданно появившейся на небе звезды — «звезды-гостьи». Она вспыхнула в 1054 году и была много ярче Венеры. За последнюю тысячу лет в нашей Галактике наблюдалось пять сверхновых: в 1006, 1054, 1572, 1604, 1667 годах. Остальные вспышки происходили в других галактиках.
Изучая зависимость блеска сверхновых от времени, астрономы установили, что существует два типа «кривых блеска» у сверхновых. В первом случае имеется ярко выраженный и достаточно продолжительный максимум блеска (до месяца), после которого блеск звезды линейно спадает. Во втором случае максимумы блеска выражены гораздо хуже, а спад блеска существенно круче.
Выделение двух групп кривых блеска и исследование спектров при вспышках позволило подразделить сверхновые на два типа — сверхновые I типа и сверхновые II типа. Очень скоро выяснилось весьма интересное и довольно загадочное обстоятельство. Оказалось, что в эллиптических галактиках вспыхивают только сверхновые I типа, в то время как в спиралях возгораются сверхновые как II, так и I типов. Этот наблюдательный факт чрезвычайной важности сразу позволил связать теорию звездной эволюции с характеристиками сверхновых.
Дело в том, что в эллиптических галактиках нет массивных звезд. Звездное население этих галактик составляют главным образом звезды, масса которых близка к массе Солнца. Там (в эллиптических галактиках) рождение звезд давно прекратилось, и основную часть населения составляют очень старые, маломассивные звезды.
Остатки взрыва сверхновой в Крабовидной туманности.
Естественно, что миллиарды лет тому назад и в эллиптических галактиках были массивные звезды. Но они давно прошли или стадию красных гигантов, или еще один интересный этап, о котором речь пойдет ниже. В любом случае ясно, что сверхновые I типа до взрыва представляют собой старые звезды малой массы, порядка массы Солнца или чуть больше.
Но ведь когда мы обсуждали судьбу Солнца, мы видели, что никакие взрывы ему не грозят. Стадия красного гиганта, планетарная туманность, белый карлик — вот стандартный путь звездной эволюции.
Астрономам-наблюдателям хорошо известен факт образования планетарных туманностей. В нашей Галактике ежегодно образуется несколько таких объектов, и, следовательно, ровно такое же число звезд с массой, примерно равной солнечной, заканчивают свой путь на главной последовательности, превращаясь в белые карлики.
Однако примерно один раз в 50–100 лет происходит вспышка сверхновой I типа. Важно, что взрывается звезда с массой, примерно равной массе Солнца. Значит, в одном из ста случаев мы имеем отклонение от стандартного пути звездной эволюции. Сотня звезд «идет в ногу» по главной последовательности к закономерному концу, а одна уходит с проторенной дороги и идет своим путем. Почему?
Гипотез здесь, естественно, немало, но «хорошего» ответа на этот интригующий вопрос нет. Мы поговорим о некоторых моделях взрывов сверхновых I типа. Но, перед тем как перейти к описанию природных процессов, приводящих звезду к драматическому финишу, остановимся вкратце на некоторых сравнительных характеристиках вспышек сверхновых I и II типа.
При взрывах звезд выбрасывается огромное количество вещества. При вспышках новых оно достигает 10–4–10–5 массы Солнца. А при взрыве сверхновой II типа масса выброшенного газа превосходит массу Солнца. Образуется огромная оболочка, туманность, существующая десятки тысяч лет. Но если во время взрыва выбрасывается столь большая масса, то это неопровержимо свидетельствует о том, что взорвалась достаточно массивная звезда. Вывод этот подкрепляется оценками, согласно которым при взрыве сверхновой I типа образуется оболочка с массой «всего» в 0,1 массы Солнца.