Эволюция Звезд

Разобравшись, как именно протекают основные процессы на звездах, астрофизики, казалось бы, могли расслабиться — главное дело было сделано. Дальнейшее уточнение моделей можно было проводить или с помощью увеличения количества наблюдаемых звезд, или посредством более пристального изучения самой близкой к нам звезды — Солнца.

Как не раз бывало в науке, мировому научному сообществу начало казаться, что построена законченная теория всех процессов, происходящих в космосе. Действительно, долгое время астрономы наблюдали всего два класса объектов — звезды и межзвездные газопылевые облака. Описание процессов, происходящих в звездах, казалось вполне удовлетворительным, а облака были достаточно разряженными объектами и укладывались в классические термодинамические модели.

Но астрономы, призванные, по мысли астрофизиков, лишь уточнять уже сформированные представления о классификации небесных объектов, преподнесли миру очередной сюрприз. Один за другим на небосклоне начали возникать не укладывающиеся в привычную классификацию звезд объекты. Сначала их пытались как-то впихнуть в существовавшие представления, но затем стало ясно — астрофизикам придется расширять свои теории на новые классы объектов. Что же именно так удивило астрономов?

Звездные карлики

Первыми в череде необычных небесных тел были обнаружены белые карлики. Произошло это задолго до построения устоявшейся теории звездообразования и протекающих в звездах процессах. В 1844 году немецкий астроном Фридрих Бессель изучая одну из ближайших к нам звезд, Сириус, установил небольшие отклонения в ее движении по небесной сфере. Проведя необходимые расчеты, Бессель с удивлением обнаружил, что звезда как бы вращается вокруг невидимого центра с периодом обращения около пятидесяти лет. Ученый предположил, что рядом с Сириусом находится невидимый в тогдашние телескопы массивный компонент, вместе с которым и обращается звезда. Эта гипотеза блестяще подтвердилась уже в 1862 году, когда с помощью новейшего на тот момент телескопа Чикагской обсерватории удалось обнаружить маленькую тусклую звездочку близ Сириуса, двигающуюся в точности согласно предсказаниям Бесселя.

Существование этого темного компонента системы Сириуса взбудоражило научный мир. Дело в том, что для влияния на движение Сириуса (немаленького даже по звездным меркам объекта) требовалась соответствующая масса, сравнимая с массой самой звезды. В то же время уровень светимости блеклой звездочки близ Сириуса был слишком низок, чтобы соответствовать звезде нужной массы. Темный спутник Сириуса, а вслед за ним и все прочие подобные объекты начали именовать белыми карликами. Построенная к тому времени диаграмма Гецшпрунга — Рассела, классифицировавшая все звезды, не допускала наличия подобных объектов: плотность карликовой звездочки получилась чудовищно огромной, в разы превосходящей даже звездные ядра. Этот парадокс долгие годы мучил ученых: кто-то пытался построить модель сверхплотного состояния вещества, кто-то искал изъяны в наблюдениях за темным компонентом Сириуса. Но к началу 1920-х астрономы обнаружили и другие белые карлики, а потому стало окончательно ясно — без совершенствования астрофизических моделей описать существование таких объектов невозможно.

Лишь к 1930-м годам стало возможно охарактеризовать эти объекты. Усилиями советского ученого Якова Френкеля и его американского коллеги индийского происхождения Субраманьяна Чандрасекара была построена модель процессов, протекающих внутри белого карлика. С тех пор она была неоднократно усовершенствована, и сегодня ученые неплохо представляют себе жизнь белого карлика — причины его появления, особенности эволюции и картину смерти.

Чем дальше, тем страннее

Не успели астрофизики разобраться с загадкой белых карликов, как возникла новая. На сей раз причиной послужил не очередной непонятный объект, найденный астрономами на просторах Вселенной, а предсказания самих же астрофизиков. Дело в том, что всякая физическая теория, как правило, проверяется на границы применимости — при каких условиях она дает правдоподобные результаты, а при каких следует пользоваться другой моделью. В ходе проверки обновленной модели звездной эволюции (которая учитывала существование белых карликов) возник вопрос о предельных значениях плотности вещества звезд. В ходе теоретического моделирования в начале 1930-х гг. был получен удивительный результат: оказалось, что чудовищная плотность белых карликов может оказаться не максимальной. Дело в том, что при превышении внутри звезды некоторого критического значения давления меняется сама структура материи, за счет чего плотность может возрасти многократно. Такие объекты, пока что предсказанные лишь теоретически, получили название нейтронных звезд, так как их вещество состоит в основном из нейтронов.

Долгое время предсказание о существовании нейтронных звезд оставалось не более чем необычным выводом теории — никто из астрономов не мог поверить, что подобные объекты действительно могут существовать. К тому же, даже находись они недалеко от нас, найти их было бы затруднительно: сжатые до невероятных плотностей, эти звезды размерами могут уступать планетам, а то и крупным астероидам! Даже самые совершенные телескопы не смогли бы увидеть такие объекты на сколько-нибудь значительном удалении.

Однако вопрос о существовании нейтронных звезд все же был разрешен астрономами. В 1967 году был зафиксирован необычный источник радиоизлучения. После недолгой паники, вызванной предположением о разумном происхождении подобных объектов, ученые начали анализ полученных сведений. Выяснилось, что эти объекты зачастую сильно удалены от нас, а потому радиоимпульсы должны быть поистине поразительной мощности. Чтобы объяснить сочетание высокой частоты пульсации с огромной мощностью, требовалось предположить существование мощного источника излучения, который бы совершал невероятно быстрое вращение вокруг своей оси. Понятно, что для большой звезды это было бы затруднительно. Лишь нейтронные звезды обладали, с одной стороны, достаточно большой массой, чтобы производить мощный поток излучения, а с другой — небольшими размерами, чтобы иметь высокую скорость вращения. Такие удивительные объекты, выдающие импульсы излучения, назвали пульсарами. Позднее удалось обнаружить еще множество пульсаров и однозначно отождествить их с нейтронными звездами. Так астрофизики предвосхитили открытие астрономов.

Ободрившись успехом с нейтронными звездами, ученые всего мира обратили внимание на другие невероятные объекты — черные дыры. Возможность их существования была предсказана еще в общей теории относительности Эйнштейна, однако долгое время попыток отыскать такие объекты не предпринималось — слишком уж невероятным казалось существование точки пространства столь большой массы, что даже свет не мог вырваться из нее. Однако и черные дыры удалось обнаружить в конце XX века по косвенным признакам. На этом успехи астрофизиков в предсказании реальных астрономических объектов не исчерпываются: сегодня существуют астрофизические модели не менее удивительных объектов, вроде кварковой звезды, промежуточной между нейтронными звездами и черными дырами. Астрономическая проверка этой гипотезы еще ждет своего часа.