Я розповідав про це відкриття в МТІ в лютому 1968 року і був схвильований, коли побачив серед слухачів Ріккардо Джакконі та Герба Ґурскі. Було таке відчуття, наче я домігся визнання і потрапив в епіцентр досліджень у цій галузі.
У наступних кількох розділах я ознайомлю вас із багатьма таємницями, які розгадала рентгенівська астрономія, а також із тими, на які ми, астрофізики, досі намагаємося знайти відповідь. Ми побачимо нейтронні зорі й зануримося у глибини чорних дір. Тримайтеся міцніше.
Розділ 12
Космічні катастрофи, нейтронні зорі та чорні діри
Нейтронні зорі стоять у самому центрі історії рентгенівської астрономії. І вони надзвичайно круті. Чого тільки варта їхня поверхнева температура, яка часто перевищує мільйони кельвінів, а це в 100 разів більше, ніж на поверхні Сонця.
Джеймс Чедвік відкрив нейтрон у 1932 році (за це він отримав Нобелівську премію з фізики в 1935 році). Після цього визначного відкриття, яке, на думку багатьох фізиків, дало нам повну картину структури атома, Вальтер Бааде та Фріц Цвіккі припустили, що в результаті спалаху наднової утворюється нейтронна зоря. Як виявилося, вони цілком мали рацію. Нейтронні зорі виникають унаслідок катастрофічних подій на завершальному етапі існування масивної зорі, однієї з найстрімкіших і найвидовищніших пригод у відомому Всесвіті, — колапсу ядра наднової.
Зоря, з якої потім утвориться нейтронна, не схожа на Сонце, а масивніша за нього принаймні у вісім разів. У нашій Галактиці приблизно мільярд нейтронних зір, але порівняно із загальною кількістю зір усіх можливих видів їх усе одно вважають рідкісними. Подібно до багатьох тіл у світі — та Всесвіті — зорі можуть «жити» тільки завдяки своїй здатності досягати приблизної рівноваги між надзвичайно могутніми силами. У надрах зорі за температур у десятки мільйонів кельвінів відбуваються термоядерні реакції, під час яких виробляється величезна кількість енергії, що створює тиск. Ядро Сонця має температуру приблизно 15 мільйонів кельвінів і щосекунди виробляє енергію, що перевищує потужність мільярда водневих бомб.
Поки зоря перебуває в стабільному стані, цей тиск урівноважується гравітацією, яку створює велика маса зорі. Якщо ці дві сили — спрямований назовні тиск термоядерного реактора і гравітація, що діє в протилежному напрямку, — не збалансовуються, зоря виходить зі стану рівноваги. Наприклад, ми знаємо, що Сонце існує вже приблизно 5 мільярдів років і має проіснувати в такому ж вигляді ще стільки само. Перш ніж загинути, зоря зазнає видовищних змін. Витративши більшість запасів ядерного палива в ядрі та наблизившись до завершального етапу свого розвитку, багато зір спочатку влаштовують вогняне шоу. Особливо це стосується масивних зір. Наднові певною мірою нагадують трагічних театральних героїв, які часто закінчують своє грандіозне життя вибухом катартичних переживань, пристрасно і голосно благаючи глядачів, за словами Аристотеля, про співчуття і викликаючи в них страх.
Найекстравагантніший з усіх варіантів загибелі зорі — колапс ядра наднової, одне з найенергетичніших явищ у Всесвіті. Спробую віддати їй належне. Коли реакція в ядерному реакторі у надрах масивної зорі починає сходити нанівець — будь-яке паливо колись закінчується — і тиск, який він створює, зменшується, неослабна й вічна сила гравітаційного притягання перемагає.
Те, як зоря використовує паливо, — досить складний, але водночас захопливий процес. Спершу дуже масивні зорі, як і більшість інших зір, спалюють водень, утворюючи гелій. Зорі отримують енергію з ядерних реакцій, тільки не розпаду, а синтезу: чотири ядра водню (протони) за надзвичайно високої температури зливаються, утворюючи ядро гелію, і в результаті виділяється тепло. Коли водень закінчується, ядро зорі стискається (під дією гравітації), від чого температура підвищується і стає достатньою, щоб з гелію почав утворюватися вуглець. Зорі, маса яких приблизно в 10 разів більша за масу Сонця, після вигоряння вуглецю послідовно спалюють кисень, неон, силіцій, і зрештою у них формується залізне ядро.
Після кожного циклу горіння ядро стискається, його температура підвищується, і починається новий цикл. Кожен наступний цикл виробляє менше енергії і коротший за попередній. Наприклад, цикл горіння водню може тривати 10 мільйонів років (залежно від точної маси зорі) за температури 35 мільйонів кельвінів, тоді як завершальний цикл горіння силіцію може тривати лише кілька днів, а температура може сягати 3 мільярдів кельвінів. Під час кожного циклу зоря спалює більшість продуктів, утворених у попередньому циклі. Оце так повторна переробка!