От чёрных облаков к чёрным дырам - Страница 21

На самом деле, из графика на рис. 50 ясно, что основная часть энергии синтеза высвобождается на первых ступенях лестницы при превращении водорода в гелий. Энергия, выделяющаяся в остальных реакциях, намного меньше. Поэтому дальнейший синтез не слишком продлевает активную жизнь звезды в виде красного гиганта. В табл. 6 приведены те промежутки времени, которые тратятся на последовательное сжигание разного топлива в массивной звезде.

Таблица 6 Время сгорания разного топлива а термоядерном

синтезе для звезды массой 25 M_☉ Топливо Температура,

млн. градВремя Водород 60 7 млн. лет Гелий 240 500 000 лет Углерод 930 600 лет Неон 1750 1 год Кислород 2300 6 месяцев Кремний 4100 1 день

Для менее массивных звёзд эти промежутки времени значительно больше. Так, полное время нахождения Солнца на главной последовательности составляет примерно десять миллиардов лет, из них около 4,6 млрд. лет уже прошли. Таким образом, Солнцу предстоит ещё долгий путь, прежде чем оно превратится в красного гиганта и поглотит Землю! ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ

Описанный выше сценарий того, как звезда функционирует в виде ядерного реактора, подготавливает ответ на вопрос: где образуются химические элементы?

Ложка из нержавеющей стали, которой вы едите суп, несомненно, сделана из металла, добытого на Земле. Но откуда он там взялся? Он должен был содержаться в том первичном газовом облаке, из которого сконденсировалась Солнечная система. Но как металл появился там?

Теперь мы понимаем, что элементы могут создаваться в звёздах. Происходящий внутри красных гигантов процесс называется α-процессом, так как присоединение ядра гелия последовательно приводит к появлению все более тяжёлых элементов — ¹²С, ^I6O, ²⁰Ne, ²⁴Mg и т.д. Эти элементы образуют так называемую α-цепочку.

За счёт разных процессов в звёздах могут образовываться и элементы, не входящие в эту цепочку. Первое подробное исследование того, как образуются разные ядра в звёздах, было выполнено в 1950 г. Джеффри и Маргарет Бербиджами, Уильямом Фаулером и Фредом Хойлом. Эти астрофизики показали, что в звёздах могут создаваться не только ядра легче группы железа, но и более тяжёлые ядра, а также те, которые не входят в α-цепочку. Мы станем обсуждать детали таких процессов, получивших разные названия: быстрый процесс, медленный процесс, равновесный процесс и т. п. Конечно, чтобы построить ядро, не входящее в α-цепочку, нужно к существующим уже ядрам добавить несколько протонов и (или) нейтронов. Это может произойти на завершающей стадии жизни звезды виде гиганта, когда она уже не может поддерживать равновесное состояние. Но случится ли такое?

Да, как будет показано в гл. 8, звезда действительно достигает такого состояния, когда она уже не может оставаться в равновесии. Она просто взрывается. Действительно, для того, чтобы ядра, образованные глубоко в сердцевинах звёзд, когда-нибудь попали в межзвёздное пространство, необходимо, чтобы звёзды взрывались. Только убедившись в том, что подобное происходит, мы получим полный ответ на вопрос, откуда берутся тяжёлые элементы в межзвёздном газе.

Глава 8 КОГДА ЗВЁЗДЫ ВЗРЫВАЮТСЯ

Пользуясь открытыми в земных лабораториях физическими законами, мы сумели представить себе, как и почему светят звёзды, почему они меняют внешний вид, смещаясь с главной последовательности в область красных гигантов, и как меняется их внутренний состав. Но на этом история не кончается, так как звезда, ставшая красным гигантом, стоит на пороге весьма драматических событий. Прежде чем описать эти события, обратимся к легендам трёх континентов, содержащих фактическое описание наиболее катастрофической стадии жизни звезды. ЛЕГЕНДА О ЗВЕЗДЕ-«ГОСТЬЕ»

Девять веков тому назад астрономы Китая и Японии считали своим долгом скрупулёзно записывать все, что происходит с небесными телами. При этом они преследовали в основном астрологические цели, так как считалось общепризнанным, что если правитель страны сойдёт с пути добродетели и станет плохо себя вести, он будет наказан Богом и в качестве предупреждения в небе должны возникать необычные явления. Таким образом, в обязанности придворных астрономов входило внимательное наблюдение за небесами и доклад о всём необычном.

Наряду с хорошо отлаженными движениями звёзд и не столь регулярными, но все же предсказуемыми, движениями планет, возникали и необычные явления, включавшие затмения Солнца и Луны, падение метеоритов или визиты комет. Но астрономы династии Сун совершенно не были готовы к тому, что они увидели 4 июля 1054 г. (по современному календарю!). Их запись гласит: «В день Чи Чоу на пятом месяце первого года правления Чи Хо в нескольких дюймах к юго-востоку от Тхьен Каун появилась звезда-«гостья». Когда прошло больше года, она угасла».

Появление новой звезды не могло остаться незамеченным, особенно тогда, когда она была настолько яркой, что её можно было видеть днём (яркость звезды была примерно в 5 раз большей, чем у Венеры на утренней заре или вечером!). Но звезда недолго сияла так ярко и постепенно начала угасать. Через два года её уже не было видно невооружённым глазом. Тем не менее удалось зафиксировать место, этой звезды на небе по отношению к остальным звёздам. Китайские и японские записи о положении «в нескольких дюймах к юго-востоку от Тхьен Каун» подразумевают звезду Дзета в созвездии Тельца. Так как звезда лишь временно появилась на небе, её назвали «гостьей».

Где же ещё в мире люди заметили этот необычный объект? Его должны были видеть в Индии, Европе, на Среднем Востоке, а также на Американском континенте. К сожалению, мы не располагаем подробными записями. Июль — месяц сильных дождей в Индии, и небо часто закрыто тучами. Европейские учёные, руководствовавшиеся христианской догмой о том, что Господь создал Вселенную сразу во всем её совершенстве, с трудом могли уложить это видение в рамки теологической схемы и, скорее всего, просто предпочли его не замечать.

Американские индейцы оставили записи о событии. Они были обнаружены Биллом Миллером и обсуждались в печати в 1955 г. Записи относятся к двум типам, показанным на рис. 51. Пиктография, показанная слева, это изображение, сделанное на скале с помощью краски или мела (или материала, похожего на мел). Справа показан петроглиф, представляющий собой рисунок, выцарапанный на скале острым предметом. Серп на этих рисунках, конечно, является Луной. Но что означает круглое изображение?

Рис. 51. Фрагменты наскальных рисунков индейцев в каньонах Навахо (слева) и Уайт Меза (справа)

Хотя рисунки не удаётся датировать, имеется хорошее косвенное свидетельство того, что круглый объект является звездой-«гостьей». Действительно, в момент первого сообщения о появлении звезды в Китае и Японии Луна имела вид полумесяца. Более того, звезда должна была быть близка к Луне, как и показано на рисунках. Далее, наскальная резьба и рисунки были найдены в таких местах, из которых ясно, виден восточный горизонт или его можно без труда увидеть. Это обстоятельство становится существенным, если заметить, что описываемое событие можно было видеть именно в восточной части неба.

В 1978 г. Кеннет Брехер, Элинор Либер и Альфред Либер обнаружили свидетельство того, что событие было видно и зафиксировано и на Среднем Востоке. Христианский врач Ибн Буттан из Багдада, живший в Каире до конца 1052 или начала 1053 г., а затем перебравшийся в Константинополь, записал, что в созвездии Близнецов где-то между 12 апреля 1054 г. и 1 апреля 1055 г. была видна необычная звезда. Когда была сделана поправка на изменение направления полярной оси Земли за последние девять столетий, оказалось, что это положение в созвездии Близнецов соответствует современному положению звезды-«гостьи» в созвездии Тельца ⁹⁴¹