Жизнь и смерть звезд

Малые звезды, похожие на Солнце, живут долго и становятся карликами: те могут взорваться, только если «украдут» горючее у звезды-компаньона. Ядро массивных звезд быстро коллапсирует, происходит взрыв (порой с гамма-лучевой вспышкой). Результат: нейтронная звезда или черная дыра. Давление на ядро, настолько велико, что реакции синтеза не останавливаются на углероде. Звезда продолжает превращать легкие ядра во все более тяжелые элементы, и каждая последующая реакция совершается быстрее. Превращение углерода в кислород занимает шестьсот лет, кислорода в кремний - шесть месяцев, а кремний превращается в железо за один день. Когда ядро звезды становится шаром из твердого железа размером не больше Земли и весом примерно с Солнце, приговор ей подписан. Менее чем через секунду она взорвется. На железе все заканчивается, так как в отличие от более легких элементов его атомы при реакции синтеза энергию не выделяют, а поглощают. Энергия, поддерживающая внешние слои звезды, прекращает вырабатываться, и ядро попросту «схлопывается». Как правило, в результате образуется нейтронная звезда.

Этот звездный шлак столь плотен, что чайная ложка его вещества весила бы более миллиарда тонн. От самых тяжелых звезд остается только всепоглощающая черная дыра. Именно в этот момент, уверен Вусли, - то есть до того, как коллапс каким-то образом превращается во взрыв, - на некоторых сверхновых происходит вспышка гамма-лучей. Вусли начал интересоваться этими вспышками несколько десятилетий назад, когда они представлялись настолько таинственным явлением, что по поводу их происхождения существовало около сотни гипотез разной степени серьезности - от «звездотрясений» до выхлопов инопланетных космических кораблей. Но когда в конце XX века из космической обсерватории «Комптон Гамма-Рэй» поступили данные о том, что источники гамма-лучевых вспышек лежат далеко за пределами нашей галактики, это еще больше разогрело интерес Вусли. Стало быть, чтобы эти вспышки представлялись нам такими яркими, они должны заключать в себе больше энергии, чем можно представить, - и быть намного ярче сверхновых. И источник энергии у них, скорее всего, намного мощнее, чем обычная звезда. Может быть, гамма-излучение каким-то образом вызвано катастрофическим сотрясением коллапсирующих звезд?

Итак, Вусли решил выяснить, как именно сверхновая с коллапсирующим ядром может произвести такую вспышку. Он и его коллеги, в том числе Эндрю Макфадиен из Нью-Йоркского университета, воссоздают механизм взрыва св��рхновых с помощью компьютерных моделей. Они начинают с очень массивной звезды (примерно в сорок раз тяжелее Солнца), вращающейся так быстро, что она едва не разлетается на части. Незадолго до смерти звезды ее ядро, неспособное справиться с силой собственной гравитации, коллапсирует и превращается в черную дыру. Однако из-за высочайшей скорости вращения звезды часть обрушивающейся в черную дыру материи противостоит ее притяжению. Вокруг черной дыры образуется вращающийся диск - водоворот в глубинах обреченной на гибель звезды. «Все дело во вращении», - говорит Вусли. Если бы не оно, не было бы и диска, а без того - и вспышки гамма-лучей. Трение разогревает диск, вращающийся вокруг черной дыры со скоростью несколько тысяч оборотов в секунду, до сорока миллиардов градусов. Тем временем в диск продолжает вливаться новая материя. Спустя миг после образования черной дыры наружу вырываются струи раскаленного газа.

Энергия каждой струи может поступать непосредственно от трения в диске или же от самой черной дыры через магнитные поля, связывающие ее с окружающим веществом. Подобно породившей ее звезде, черная дыра вращается с бешеной скоростью, заставляя магнитные поля растягиваться, изгибаться и сваливаться, словно резиновые ленты, вбрасывая в диск огромное количество энергии.

Так или иначе, струи газа рвутся наружу и достигают поверхности звезды за какие-то десять секунд. Если вокруг звезды сохранился изначально окружавший ее толстый пояс газообразного водорода, то скорость струи резко падает, и вспышки гамма-лучей может не последовать. Но если водорода уже нет (его мог унести солнечный ветер), то струя вырывается в космическое пространство со скоростью, менее чем на процент уступающей скорости света.

И вот тут-то следует вспышка: внутри каждой струи на огромной скорости сталкиваются скопления материи, в результате чего образуются каскады быстрых электронов. Электроны вращаются вокруг магнитных полей струи, испуская гамма-лучи. На протяжении многих дней, пока газ струей бьет в космическое пространство и смешивается с разреженным межзвездным газом, он вызывает остаточное излучение в видимом и инфракрасном спектре, а также в виде радиоволн. Вспышка, произошедшая в феврале 2006 года, была не такой яркой, как большинство зафиксированных ранее - возможно, дело в том, что взорвавшаяся звезда была недостаточно массивной, чтобы образовать черную дыру. Вусли предполагает, что та же самая последовательность событий - «схлопывание», появление вращающегося диска и струй газа - может иметь место и в том случае, когда коллапс звезды завершается образованием не черной дыры, а быстро вращающейся нейтронной звезды. Даже в тот момент, когда достигают поверхности звезды за несколько минут до взрыва, - говорит Вусли. - Вспышка - предвестник сверхновой».

И все же этого недостаточно для взрыва. «Если просто пропустить сквозь звезду струю газа, - объясняет Вусли, - хорошей сверхновой не получится. Звезда потеряет сколько-то своей материи, но большая ее часть все равно притянется обратно». Чтобы заставить коллапсирующую звезду взорваться, нужно, по словам Вусли, «что-то еще». Если говорить о звездах, порождающих вспышки гамма-лучей, то вращающиеся черная дыра и диск вокруг нее могут выделить достаточно энергии, чтобы разорвать звезду в клочья. Однако в большинстве случаев коллапс прекращается, когда ядро величиной с Землю сжимается в нейтронную звезду размером со средний город, разогретую до сотен миллиардов градусов. Это момент наибольшего сжатия. Стиснутое ядро разжимается, вызывая ударную волну, которая несется к поверхности, тараня материю, продолжающую падать к центру звезды из ее внешних слоев.

Моделирование этих и других процессов, происходящих в сверхновой, требует от ЭВМ невероятной мощности, и даже самые большие суперкомпьютеры не могут полностью воспроизвести взрыв звезды в трех измерениях. Специалисты обнаружили, что не проходит и тысячной доли секунды после возникновения ударной волны, как из центра звезды вырывается поток нейтрино - мельчайших, практически лишенных массы частиц. Нейтрино, рожденные в коллапсирующем ядре, истощают энергию ударной волны, она теряет скорость, и никакой сверхновой - по крайней мере, в компьютерной модели - не получается.

Группа астрономов из Университета Аризоны под руководством Адама Берроуза сейчас работает с компьютерной моделью, достаточно мощной, чтобы воссоздать сотрясение и судороги коллапсирующего ядра, и им наконец удалось выяснить, что может заставить звезду взорваться.

Posted In

Фотогалерея

Авиация

Аэродром на плаву

Несмотря на достижения прогресса, самолеты не могут обойтись без людей на земле или на палубе. 1 января 2003 года авианосец "Авраам Линкольн" после шести месяцев плавания направлялся на родину, но тут началась война в Ираке. Спустя несколько месяцев экипаж работал по 16 часов в сутки, обеспечивая взлет и посадку самолетов F/A-18 Hornet и F-14 Tomcat.

Posted In

Вертолет Соло-Трек

Известно, что все летательные аппараты подчиняются законам аэродинамики. Без этого условия они просто не смогут оторваться от земли. Не является в этом отношении исключением и новый вертолет "Соло-трек", недавно испытанный в штате Калифорния. Отличие "Соло-трека" от обычных вертолетов состоит в отсутствии закрытой кабины и почти невероятной миниатюрности. Этот летательный аппарат может поднять в воздух всего одного человека, а вес его составляет 150 кг; высота полета - 2, 5 метра.

Posted In

Воздушный гибрид

Совмещающий качества вертолета и самолета, Osprey V-22 снова в воздухе, он проходит испытания после доработки. После того, как в 2000 году потерпели катастрофу два таких самолета, полеты osprey были запрещены.

V-22 взлетате вертикально, затем поворачивает двигатели вперед. Те, кто выступал за введение машины в эксплуатацию, заявляли, что она летает вдвое быстрее, в пять раз дальше и переносит втрое больше груза, чем вертолеты, которые заменяет.

Posted In