В новом выпуске StarTalk астрофизик Нил Деграсс Тайсон и его бессменный соавтор Чак Найс обсуждают физику экстремальных космических взрывов с профессором и куратором Майклом Шарой. В центре внимания — механизмы возникновения новых и сверхновых звезд, «звездный каннибализм» в двойных системах и то, как современные технологии позволяют предсказывать гибель гигантов вроде Бетельгейзе.
🔭 Классификация космических катастроф: от микро- до гиперновых 3:00
Майкл Шара подчеркивает, что термины «новая» (nova) и «сверхновая» (supernova) часто путают, хотя это принципиально разные физические явления . В современной астрофизике существует целая иерархия взрывных событий:
- Микроновые (micronovas);
- Карликовые новые (dwarf novas);
- Повторные новые (recurrent novas);
- Новые (novas);
- Сверхновые (supernovas);
- Гиперновые (hypernovas) .
По словам Майкла Шары, если бы он участвовал в создании терминологии, он бы назвал самые мощные из них «супер-пупер-новыми» (super duper nova), так как они в десятки и сотни раз ярче обычных сверхновых .
Основное различие заключается в «выживаемости» звезды. Новые — это звезды, которые взрываются, но не погибают . Такой взрыв может повторяться тысячи раз в течение жизни системы. Сверхновая же в большинстве случаев означает окончательную гибель звезды или её полную трансформацию .
🍽️ «Звездный каннибализм»: как рождаются новые 5:30
Майкл Шара объясняет, что каждая новая звезда является частью двойной системы . В такой паре одна звезда (донор) подпитывает другую (компактный объект — белый карлик, нейтронную звезду или черную дыру). Этот процесс эксперт называет «невольным кормлением» или «звездным каннибализмом» .
Механизм взрыва новой выглядит следующим образом:
- Белый карлик, имеющий массу Солнца при размере Земли, притягивает водород от своего соседа .
- Водород накапливается на поверхности белого карлика, формируя слой толщиной около мили (Майкл Шара сравнивает это количество с объемом Тихого океана) .
- На дне этого «водородного океана» плотность достигает 10 000 г/см³ (в тысячу раз плотнее свинца), а температура поднимается до 40–50 миллионов градусов .
- Происходит не химический взрыв, а термоядерная реакция — протоны преодолевают кулоновский барьер и сливаются. По сути, на поверхности звезды взрывается гигантская водородная бомба .
После взрыва звезда становится в 100 000 – 1 000 000 раз ярче Солнца, что позволяет астрономам наблюдать новые даже в других галактиках, например, в скоплении Девы на расстоянии 50 миллионов световых лет .
💥 Сверхновые: коллапс ядра и термоядерный детокс 13:00
Сверхновые делятся на два фундаментальных типа по механизму взрыва:
- Сверхновые с коллапсом ядра (Core collapse): Происходят в массивных звездах (от 20 до 100 масс Солнца). Когда внутреннее давление перестает противостоять гравитации, ядро мгновенно схлопывается, а внешние слои отскакивают от него и разлетаются в пространстве .
- Термоядерные сверхновые (тип 1a): Происходят в двойных системах с участием белых карликов. Когда масса белого карлика достигает критического предела (предел Чандрасекара, около 1,4 массы Солнца), происходит полная термоядерная детонация .
По мнению Майкла Шары, именно сверхновые типа 1a являются «стандартными свечами», позволившими открыть темную энергию и ускоренное расширение Вселенной .
🥇 Происхождение золота и платины: килонoвые 20:40
На вопрос слушателя о том, как из «странной материи» нейтронных звезд получаются обычные металлы, Майкл Шара дает детальный ответ. Тяжелые элементы, такие как золото и платина, рождаются в процессе столкновения нейтронных звезд — это событие называется килоновой .
Механизм синтеза элементов:
- При взрыве килоновой часть материи выбрасывается наружу, и её плотность начинает стремительно падать .
- Свободные нейтроны начинают распадаться на протоны.
- Нейтроны и протоны объединяются, формируя ядра тяжелых элементов .
Интересный факт от Майкла Шары: большая часть азота в атмосфере Земли, которым мы дышим, — это «продукты выделения» обычных новых звезд .
👑 T Северной Короны: взрыв, который мы увидим скоро 29:00
Майкл Шара анонсировал редкое событие — вспышку повторной новой T Северной Короны (T Coronae Borealis) . Эта звезда вспыхивает примерно каждые 80 лет (предыдущие зафиксированные вспышки были в 1866 и 1946 годах). По прогнозам ученого, она станет видимой невооруженным глазом в ближайшее время (возможно, в течение года-двух) и по яркости сравняется с Полярной звездой .
Группа Шары сделала важное открытие, связанное с этой звездой:
- С помощью массивов из шести небольших телескопов они обнаружили «супер-оболочку» (super shell) вокруг системы .
- Её диаметр на небе в три раза больше полной Луны .
- Эта оболочка образовалась в результате столкновения выбросов от множества предыдущих вспышек за тысячи лет, работая как «снегоуборочная машина», сгребающая межзвездный газ .
🍊 Бетельгейзе: ожидание великого финала 40:10
Красный сверхгигант Бетельгейзе находится на последней стадии своей эволюции. По словам Майкла Шары, звезда уже сожгла водород и сейчас переходит к более тяжелым элементам . Сначала гелий превращается в углерод при температуре около 100 миллионов градусов. Затем углерод превращается в магний, магний — в неон, и так далее, вплоть до железа .
Как мы узнаем о взрыве заранее?
- Нейтрино: За несколько часов или дней до оптической вспышки детекторы зафиксируют мощный поток нейтрино из ядра .
- Гравитационные волны: Детекторы типа LIGO зафиксируют колебания пространства-времени в момент коллапса ядра .
- Оптическая вспышка: Свет появится через десятки минут или часов после коллапса, когда ударная волна выйдет на поверхность .
Когда Бетельгейзе взорвется, она станет в 10 000 раз ярче, чем сейчас, и будет видна днем, конкурируя по яркости с полной Луной . Майкл Шара успокаивает: расстояние до звезды достаточно велико, чтобы жесткое излучение не повредило озоновый слой Земли .
📏 Темная энергия и «космическая линейка» 54:30
Сверхновые типа 1a служат основным инструментом для измерения расстояний до далеких галактик. Майкл Шара объясняет, что эти звезды — «стандартизируемые свечи» .
Астрономы заметили корреляцию: более яркие сверхновые угасают дольше. Если «сжать» их кривые блеска по времени и яркости, они идеально накладываются друг на друга . Это позволяет вычислить их истинную светимость и, следовательно, точное расстояние до них.
Майкл Шара был соавтором одной из ключевых работ (вместе с Нобелевским лауреатом Брайаном Шмидтом), которая подтвердила эффект замедления времени (time dilation) на кривых блеска далеких сверхновых из-за расширения Вселенной . Когда этот релятивистский эффект был математически удален, данные совпали с теоретическими моделями, что стало еще одним доказательством ускоряющегося расширения космоса под действием темной энергии .
✨ Загадка Вифлеемской звезды 49:10
На вопрос о природе Вифлеемской звезды Майкл Шара отвечает с позиций исторической астрономии. Ученые искали записи о ярких транзиентах (новых или сверхновых) в китайских, японских и корейских хрониках, которые велись крайне тщательно с 300 г. до н.э. .
- В записях за период от -10 до +10 года н.э. нет убедительных кандидатов на роль Вифлеемской звезды .
- Для сравнения, Сверхновая 1054 года (создавшая Крабовидную туманность) описана в восточных хрониках с мельчайшими подробностями .
Однако Майкл Шара утверждает, что современная наука скоро даст окончательный ответ. Сейчас астрономы способны обнаружить остатки вспышек возрастом 2000 лет и, отследив скорость их расширения, вычислить точную дату взрыва «назад во времени» . В ближайшие 10 лет мы сможем точно сказать, была ли в то время яркая новая звезда .
