Смерть с небес - Филип Плейт

В ядре массивной звезды накапливается гелий, со временем превращающийся в углерод и кислород. Но в звезде с малой массой этого не происходит: ее внешние слои просто слишком легкие и не создают нужного давления для слияния ядер гелия. Вместо этого гелий просто накапливается в самом центре звезды в виде плотного шара из вырожденного гелия. Вырождение — это тот причудливый эффект квантовой механики, который мы обсуждали ранее, проявляющийся, когда слишком много частиц одного типа — в данном случае электронов — очень сильно спрессованы. По мере накопления гелия скорость вырождения увеличивается и температура стремительно растет (хотя в данном случае все равно недостаточно сильно, чтобы синтезировать углерод и кислород из гелия).

Ранее мы уже рассмотрели, что звезда с малой массой расширяется и остывает, превращаясь в красный гигант. Если она достаточно массивна, она все еще может продолжать синтезировать углерод из гелия, при этом углерод будет накапливаться и цикл повторяться. Если у звезды не хватает массы, чтобы синтезировать углерод, процесс на этом прекращается.

Но жизнь красного гиганта еще не окончена. В то время как глубоко в сердцевине проходят все эти процессы, на поверхности ситуация совсем иная. Значительно увеличившиеся размеры звезды означают, что на поверхности силы тяготения гораздо ниже; газ там уже не удерживается столь надежно, как раньше. Вспомните также, что существенно возросла яркость звезды. Свет, исходящий изнутри, бомбардирует все частицы газа на ее поверхности. Газ поглощает этот свет, выталкивающий его наружу. Этого толчка может быть достаточно, ослабшие силы тяготения будут преодолены, газ получит достаточный импульс, позволяющий ему сорваться с поверхности и устремиться в космос.

Звезда испускает плотный поток вещества. Астрономы называют его звездным ветром, это как солнечный ветер на стероидах. Ветер от красных гигантов может быть очень плотным, унося в тысячи раз больше газа, чем раньше, до того, как в ядре звезды произошло вырождение; плотность этого потока может быть настолько большой, что наружные слои звезды могут полностью исчезнуть всего за несколько тысяч лет. За этот короткий по сравнению с продолжительностью жизни звезды промежуток она теряет до половины своей массы.

Когда такое происходит, ее вырожденное ядро обнажается и она становится белым карликом. Несмотря на то что в нем может быть заключена масса целой звезды, белый карлик такой плотный, что размерами не превышает Земли. Силы тяготения на поверхности сложно представить, они в сотни, тысячи раз сильнее, чем земные. Примерно несколько кубических сантиметров вещества белого карлика имели бы массу в несколько тонн, это все равно что спрессовать десятки автомобилей до размеров кубика сахара. Кроме того, белый карлик очень горячий, он раскален до температуры свыше сотни тысяч градусов.

После того как звездный ветер унес внешние слои звезды, этот шар сверхспрессованного, сверхгорячего вещества остается в центре расходящегося газового облака. Белый карлик настолько горячий, что испускает поток ультрафиолетового излучения, возбуждающего газ в улетающем ветре, вызывая его свечение. С Земли эти газовые облака выглядят бледными, призрачными дисками, светящимися характерным зеленым цветом, потому что содержат кислород. Астрономы называют их планетарными туманностями, потому что в окуляре телескопа они похожи на далекие планеты, но такой термин неверен: это последние вздохи звезд со средней массой, и однажды наступит черед Солнца пройти через подобный этап (сделав жизнь здесь, на Земле, очень неприятной; к вашему сведению, дальше этому будет посвящена отдельная глава).

С этого момента, однако, жизнь звезды становится довольно скучной. В конце концов газовое облако улетает, полностью рассеиваясь и смешиваясь с холодным газом, существующим в межзвездном пространстве. В течение миллиардов лет белый карлик остывает, тускнеет и просто гаснет.

Но для некоторых белых карликов история на этом не заканчивается.

Примерно половина всех звезд на небе являются частью двойных или множественных звездных систем; это звезды, которые обращаются вокруг друг друга благодаря взаимным силам тяготения. Теперь представьте такую систему с двумя звездами на общей орбите. Обе имеют массу, приблизительно равную массе Солнца. Одна стареет немного быстрее, чем другая; возможно, она чуть более массивна, чем ее компаньонка, поэтому ядерный синтез в ней происходит чуть интенсивнее. Она превращается в красного гиганта, сбрасывает свои внешние оболочки и становится плотным белым карликом, состоящим из гелия.

Со временем и вторая звезда начинает проходить через те же этапы. Но, когда она раздувается, превращаясь в красного гиганта, ее компаньонка уже стала белым карликом с более сильной гравитацией. Если карлик находится достаточно близко к образовавшемуся красному гиганту, благодаря своей мощной гравитационной тяге он может фактически стаскивать вещество со второй звезды, буквально пожирая его. Этот газ, который практически весь является водородом, оседает на поверхности белого карлика и накапливается, как снег на земле.

С этого момента ситуация становится опасной. Силы тяготения белого карлика поразительно мощные, они неимоверно сдавливают массу, оседающую на его поверхности. Если вещество переносится на поверхность слишком быстро, оно скапливается в одном месте, и давление там возрастает до критической точки. Ядра водорода в этой куче мгновенно сливаются, детонируя как термоядерная бомба, только бомба мощностью в 100 000 раз больше, чем вся излучаемая энергия Солнца.

Колоссальная вспышка — и накопившееся вещество сдувает с поверхности звезды, несмотря на мощные силы тяготения. Это как будто отрыжка после того, как вы поглотили слишком быстро и слишком много пищи, — давление на белом карлике спадает, и после того, как все успокоилось, вещество начинает накапливаться вновь, и запускается новый цикл.

В человеческих масштабах высвобождаемая энергия колоссальна, но все равно она меньше, чем при вспышке сверхновой, и это событие называется просто новой. Взрыв практически никак не влияет на белого карлика — количество материи, сдуваемой во время этого события, всего в несколько сотен раз больше массы Земли[25], то есть гораздо, гораздо меньше, чем масса звезды, и, следовательно, цикл может повторяться до тех пор, пока красный гигант питает белого карлика.

Однако, если поток материи от красного гиганта перетекает медленней, это меняет дело. Газ не будет скапливаться так быстро в одном месте и взрываться. Вместо того он будет распределяться по всей поверхности белого карлика, образуя вокруг него оболочку из инертного водорода. Но в этом случае давление не сбрасывается, «отрыжки» не происходит. Так как материя распределена, давление ниже, чем в первом случае, и слой вещества продолжает нарастать, утолщаясь, повсюду на поверхности белого карлика. В конце концов, когда накопится достаточно материи, точка взрывного запуска синтеза будет все равно достигнута.