Чого очікувати жителям Землі від червоного гіганта Бетельгейзе, який вже зараз веде себе вкрай неспокійно.
Чого очікувати жителям Землі від червоного гіганта Бетельгейзе, який вже зараз веде себе вкрай неспокійно.
Зірки, як і люди, не безсмертні. Життя їх кінцева, але закінчується вона по-різному. Якщо зірка невелика, то вмирає вона тихо, по-домашньому, нікого із сусідів особливо не турбуючи. А ось якщо вона велика, то смерть її відбувається бурхливо-красиво, як загибель всього великого. Масивні зірки закінчують вибухом, на кілька днів перетворюючись в сліпуче яскраву наднову, а потім швидко схлопиваясь в крихітну нейтронну зірку або взагалі в чорну діру з нульовим діаметром.
За офіційною космологічної теорії, Сонце вибухнути не може. Ні зараз, ні в майбутньому. Вазі воно трохи недобрав, на наше щастя. Ще відсотків сорок від сьогоднішньої маси - і критичний бар'єр був би подоланий. Але, як то кажуть, «трохи - не рахується», а сорок відсотків - це навіть не чуть-чуть.
Однак на одному Сонце світ клином не зійшовся. У нашій Галактиці ще є чому вибухати. І якщо подібний вибух станеться десь не дуже далеко від нас, то для Землі він буде мати дуже серйозні наслідки. Якщо, наприклад, вибухне розташована від нас на відстані 4,4 світлових роки альфа Центавра, то наслідки цього вибуху будуть такі: на кілька тижнів її яскравість, видима з Землі, збільшиться настільки, що вона складе приблизно 1/6 яскравості Сонця. Палати в Південній півкулі вона буде як днем, так і вночі.
Льодова шапка Антарктиди отримає потужний тепловий удар. Танення південних льодовиків призведе до різкого підйому рівня океану, а різкий перепад температур - до утворення численних торнадо. В результаті прибережні міста будуть просто змиті з лиця землі. Але це станеться лише через кілька діб після того, як на небі з'явиться друге Сонце. А ось радіаційний удар жителі Південної півкулі випробують відразу. Випромінювання такої потужності, яку нам дасть альфа Центавра, магнітне поле Землі зупинити вже не зможе. Радіація, досягнувши поверхні, якщо і не вб'є, то ретельно пошматували все живе на ній. Кількість мутацій виросте в сотні і тисячі разів, народження здорової дитини стане таким же дивом, яким зараз є народження сіамських близнюків.
Але і це ще не все. Через приблизно три десятиліття після того, як альфа Центавра згасне, до Сонячної системи добереться викинуте нею хмара пилу і газу. Ця хмара буде настільки щільним, що Сонце в нашому небі зблякне, яскравість його впаде вдвічі і на планеті настане новий льодовиковий період.
Все більше, і більше, і більше
На щастя, альфа Центавра теж не дотягує до наднової. За масою вона приблизно дорівнює Сонцю. Більш реальний кандидат на цю посаду - віддалений від нас на 8 світлових років Сіріус. Він в два рази важче нашого світила. Але і про нього турбуватися особливо не доводиться. По-перше, наслідки від його вибуху будуть значно м'якше. Тут обійдеться вже без відчутного теплового удару і пиловий атаки. Та й радіаційний удар ми, швидше за все, витримаємо. Але в космосі є ще багато зірок, нехай розташованих від нас далі, ніж Сіріус, але і набагато більших за розмірами.
У 160 світлових роках від Землі, в сузір'ї Пегаса, сидить найближчий до нас червоний гігант по імені Шеат. Його діаметр приблизно в 110 разів більше сонячного. Століття таких зірок недовгий і становить всього кілька сотень мільйонів років (для порівняння нагадаємо, що динозаври вимерли всього 60 млн. Років тому, а до цього вони панували на планеті майже 200 млн. Років). Але і Шеат - майже іграшка, якщо порівняти цю зірку з мешкають в сузір'ї Кита на відстані 230 світлових років від Землі червоним гігантом Мірою. Цей об'єкт за розмірами перевищує нашу жовту зірочку в 420 разів.
Якби Миру розташувалася в центрі нашої системи, то орбіти всіх внутрішніх планет, від Меркурія до Марса включно, розташовувалися б в її утробі, а Юпітер б обертався від неї в самій безпосередній близькості. І ця зірка теж цілком може рвонути в будь-який момент. Приблизно з тими ж наслідками, які ми описали для альфи Центавра.
Якщо подивитися ще далі, то можна знайти і більш масивні зірки. На відстані приблизно 500 світлових років таких уже три. Рас Альгете із сузір'я Геркулеса перекриває діаметр Сонця в 500 раз, Антарес з Скорпіона - в 640, а Бетельгейзе з Оріона - в 750. Діаметр останньої наближається до діаметра орбіти Сатурна. Куля за розмірами трохи менший, ніж вся наша Сонячна система, і готовий вибухнути в будь-яку хвилину.
Канадські вчені Дейл Рассел і Текер Уоллес пояснюють вимирання динозаврів різким підвищенням радіації при вибуху близько до Землі наднової зірки. За їх словами, вибух спричинив за собою різке похолодання, а ультрафіолетове і рентгенівське випромінювання протягом всього декількох днів могли збільшитися в сотні разів. Вибух Бетельгейзе спричинить за собою набагато більш значні наслідки. На нашому небі вона на кілька місяців перетвориться в другу місяць, причому місяць повну і світяться як днем, так і вночі. Про потужність радіаційного удару і говорити не хочеться. Одна втіха: пил від Бетельгейзе буде добиратися до нас не одну тисячу років. Так що якщо людство зможе пережити саму спалах, то до навали космічного сміття воно встигне підготуватися.
А вибух цей, якщо вірити Бреду Картеру, повинен відбутися буквально з дня на день. Бетельгейзе, на відміну від багатьох інших відомих нам червоних гігантів, вже зараз веде себе вкрай неспокійно. Вона постійно пульсує, то стискаючись до розмірів Рос Альгете, то знову розширюючись до колишньої величини. А коли в кінці минулого століття астрономи сфотографували Гіга-та в інфрачервоному діапазоні, на знімку виявилося, що зірку оточує оболонка газу, в 400 разів перевищує розміри Сонячної системи. За їх словами, це може говорити про те, що перетворення надгіганта в наднову вже почалося і космічного колапсу потрібно чекати вже в найближчі роки.
Є, правда, ще версія, що Бетельгейзе вже «рвонула», причому за людськими мірками давно - кілька століть тому. І якраз зараз ударна хвиля наджорсткого випромінювання від неї летить до нас. Адже літа їй - трохи більше чотирьохсот років.
Микола Чугай, доктор фізико-математичних наук, завідувач відділом нестаціонарних зірок і зоряної спектроскопії Інституту астрономії РАН
- Миколо Миколайовичу, відомо, що 60 млн. Років тому наших динозаврів вбила спалах вибухнула недалеко від Землі наднової. Чи може щось подібне повториться в майбутньому?
- Ваше питання складається з двох частин. Перша частина - твердження про те, що спалах наднової вбила динозаврів, - не цілком обгрунтована. Для того, щоб це сталося, повинно було трапитися вкрай малоймовірна подія: спалах наднової на відстані кілька парсек. З іншого боку, повністю виключити таку можливість не можна. В даний час більш реалістичною здається гіпотеза, згідно з якою масове вимирання динозаврів пов'язане з різким похолоданням слідом за падінням великого метеорита. Що стосується питання про те, чи відбудеться спалах близькою наднової в майбутньому, - хто знає? Можливо, коли-небудь в далекому майбутньому і відбудеться. Це питання статистики рідкісних малоймовірних подій.
- Чи є зараз близькі до нас зірки, вибуху яких астрономи чекають з дня на день?
- Найближча зірка - Сонце, але воно не погляд-вется, а врешті-решт - через 5 млрд. Років - перетвориться в білий карлик.
- Наше сонечко - типова зірка?
- Так, переважна більшість зірок схоже на Сонце, і їх чекає такий же фінал. Що ж стосується вибухів наднових, то вони в основному породжуються масивними зірками маса яких перевищує 10 сонячних мас.
Таких зірок народжується набагато менше - раз в 20, ніж зірок сонячного типу. Їх вік щодо «недовгий» - від декількох мільйонів до ста мільйонів років. За зовнішніми ознаками досить важко оцінити вік такої зірки. Найбільш надійна ознака скорого кінця - перетворення гарячої масивної зірки в холодну зірку великого радіусу. Такі зірки називають червоними надгігантами. Коли ми бачимо масивний червоний надгігант, ми знаємо: скоро, через мільйон років або менше того, він вибухне, як наднова зірка. З більшою точністю передбачити момент «смерті» не можна.
- Навіть з точністю в кілька тисяч років?
- Ні. Найближчий до нас червоний надгігант - Бетельгейзе, найяскравіша зірка в сузір'ї Оріона.
Її маса - 10-20 сонячних. Це потенційна наднова, і часто говорять, що вона ось-ось вибухне. Так, ми впевнені, що вона вибухне, але завтра або через мільйон років - цього не можна сказати точно.
Втім, в майбутньому, коли, можливо, будуть створені нейтринні телескопи дуже високою чувст-вітельно, можна буде судити про те, скільки часу залишається зірці до вибуху. Справа в тому, що гаряче ядро на фінальній стадії життя зірки випускає колосальну кількість нейтрино. Наприклад, за сто років до вибуху нейтринна світність зірки з масою 15 сонячних в тисячу разів перевершує її фотонну світність. Більш того, нейтринна світність швидко наростає в міру наближення до фіналу. Вимірявши потік нейтрино від Бетельгейзе, ми змогли б сказати більш виразно, коли слід очікувати її вибуху.
- А як, власне, вибухає зірка? Що служить вибухівкою?
- Вибухи наднових можуть бути двох видів: термоядерний вибух вуглецево-кисневого білого карлика з критичною масою 1-1,4 сонячної і вибух, який породжується гравітаційної енергією. Саме остання трапиться з Бетельгейзе. Сценарій такий: до кінця життя масивної зірки в її центрі утворюється ядро з масою близько 1,4 сонячної.
- Так, і ось чому. Ядро атома заліза має чудову властивість: його енергія зв'язку в розрахунку на один нуклон, тобто протон або нейтрон, максимальна серед усіх ядер. Образно кажучи, залізо - це попіл термоядерного горіння на попередній стадії. В деякий критичний момент тиск в центрі зірки вже не в силах стримувати зростаючий вага ядра, рівновагу між тиском і гравітацією порушується на користь гравітації, і ядро стрімко обрушується на центр, утворюючи при цьому нейтронну зірку з радіусом 15 км. В даному випадку говорять: трапився гравітаційний колапс. Виділилася при колапсі величезна гравітаційна енергія зриває оболонку зірки ударною хвилею. І ось вона - спалах наднової.
- А чи можливо, що Бетельгейзе вже рвонула, тільки ми поки цього не побачили через запізнювання світла?
- Ні, в астрономії прийнято говорити про можна побачити події, які відбуваються одночасно з приходом фотонів.
- Тобто як побачили, так і сталося. І все ж вона може вибухнути, і вона досить близька.
- Так, зовсім недалеко - на відстані 130 парсек, тобто близько 400 світлових років.
- І як може її вибух позначитися на нас?
- Я думаю, ніяк. У видимому світлі наднова буде світити приблизно як чверть Місяця. Що ж стосується жорсткого випромінювання в ультрафіолетовому і рентгенівському діапазоні, то його потік буде мізерно малий у порівнянні з жорстким випромінюванням Солн-ца. Так що про нього можна забути. Слід сказати, що потенційну загрозу для життя на Землі могли б представляти космічні промені - протони високої енергії, які прискорюються в ударній хвилі, яку породжує розширенням оболонки наднової в міжзоряному середовищі. Взагалі-то галактичні космічні промені постійно опромінюють Землю з усіх боків, і хоча магнітне поле і атмосфера Землі перешкоджають вільному їх проходженню, все ж мала дещиця їх доходить до земної поверхні. Вважається, що космічні промені можуть бути істотним фактором генетичних мутацій на Землі. Дуже близька наднова могла б підсилити потік космічних променів на Землю у багато разів, що позначилося б на темпі мутацій. Основна частка космічних променів, прискорених в оболонці наднової, «подорожує» разом з оболонкою, хоча швидкість частинок дорівнює швидкості світла, яка в десятки, сотні разів перевищує швидкість розширення оболонки наднової. Утримуються космічні промені в оболонці магнітним полем, яке генерується в ударній хвилі. У тому випадку, якщо оболонка навколо наднової дійде до Землі, фон космічних променів може зрости.
- І як скоро ця оболонка долетить до Землі?
- Могла б приблизно через 100 тисяч років. Але цього не станеться. Оболонка, породжена вибухом Бетельгейзе, не досягне Землі.
- При розширенні в міжзоряному середовищі - яка хоча і майже вакуум, але все-таки не порожній простір - оболонка наднової гальмується. Розрахунки показують, що, розширивши до радіуса 50-100 парсек, вона повністю загальмується і «розсиплеться» на газові хмари, втративши свою ідентичність. Навіть якщо оболонка на останньому подиху і накриє Землю, ніхто цього помітить: фон космічних променів зросте не більше ніж на 10%.
- Раз так, нам не варто боятися Бетельгейзе. А так само з нею - і Світу із сузір'я Кита, про яку теж кажуть, що рвонути може.
- Ну, Миру точно боятися нічого. Це зірка сонячного типу, і вона знаходиться на шляху до білого карлика. Зараз це пульсуючий червоний гігант, якому залишилося жити близько мільйона років. Вибухне скоріше інший надгігант - Мю Цефея, Еракіс, «гранатова зірка Гершеля». Вона такого ж класу, як і Бетельгейзе, проте втрачає масу набагато енергійніше і, швидше за все, ближче до своєї кончини, ніж Бетельгейзе. Але вона в чотири рази далі Бетельгейзе. Обидві ці зірки вибухнуть, як наднові типу II, які як раз і породжуються гравітаційним колапсом, про який ми вже згадували.
- З Сонцем ми можемо бути абсолютно спокійні, оскільки, як ви сказали, воно ніколи не вибухне.
- Ні. Але неприємностей від нього слід чекати, правда, тільки лише через 5 млрд років. Воно роздується, перетвориться на червоного гіганта, а в його цент-ре сформується білий карлик з масою в половину сонячної. Оболонка зірки в кінці кінців розсіється, і на короткий час Сонце постане перед мислимим спостерігачем красивою планетарною туманністю, світіння якої буде підтримуватися ультрафіолетовим випромінюванням гарячого білого карлика. Таким чином, катастрофічного вибуху не буде, але, коли Сонце стане червоним гігантом ...
- Дуже жарко, близько тисячі градусів.
- Так, нехай краще так. А ви самі спостерігали вибухи наднових? Особисто, на власні очі?
- Я їх вивчаю, використовуючи спостереження інших астрофізиків, в тому числі в ході виконання спільних досліджень. З іншого боку, одну з недавніх наднових, наднову 1987 року в Великій Магеллановій Хмарі в Південній півкулі, можна було бачити неозброєним оком. У максимумі вона світила, як третя за яскравістю зірка в сузір'ї Мала Ведмедиця. Власне, її відкрили, подивившись на небо.
- спалахнув - і розгледіли. А чи не спалахнула, ніхто б і не знав.
- Не зовсім так. Велика Магелланова Хмара - карликова галактика на відстані 50 кілопарсек - досить інтенсивно спостерігається астрономами, і наднову не могли б пропустити. Втім, так воно і було, оскільки вона була відкрита незалежно кількома астрономами. Перш в різний час бачили набагато яскравіші наднові, які вибухали в нашій Галактиці. Японці і китайці спостерігали наднову 1054 роки, араби і європейці бачили і описали наднову 1006 року. Тихо Браге докладно описав наднову 1572 року, а Кеплер - наднову 1604 року.
- А там, де вони це все бачили, там зараз що?
- О, там вражаючі свідоцтва катастрофи. Наприклад, на місці найновішої 1054 року перебуває розширюється ажурна волокниста Крабовидная туманність, в центрі якої знаходиться пульсар - обертається нейтронна зірка. На місці наднової Тихо Браге, 1572 року, ми бачимо оболонку, що розширюється зі швидкістю близько 3000 км / с. В її центрі немає пульсара, оскільки це був вибух білого карлика з повним розльотом всієї зірки. Оболонка наднової Тихо не настільки вражаюча в оптичному діапазоні, як Крабоподібна туманність, зате добре видно в рентгенівському і радіодіапазоні. Більш того, в рентгенівському діапазоні вдається розгледіти те, що не побачити у видимому світлі, - цікаву структуру, що породжуються при гальмуванні наднової в міжзоряному газі.
У цьому випадку виникають дві ударні хвилі. Зовнішня біжить назовні по міжзоряному газу, а внутрішня - по речовині наднової. Обидві ударні нагрівають газ до температури в десятки мільйонів градусів, і обидві світять в рентгенівському діапазоні. Але світіння внутрішньої ударної хвилі виявляється у багато разів сильніше з тієї причини, що речовина наднової збагачене металами, зокрема залізом і кремнієм, які добре випромінюють рентгенівські кванти. Ця обставина підкреслює той відомий факт, що наднові зірки є джерелом важких хімічних елементів, тобто елементів важче водню і гелію, у Всесвіті.
В ударної хвилі відбувається і прискорення частинок - протонів і електронів - до дуже високих енергій. Прискорені електрони при гальмуванні в магнітному полі випромінює радіохвилі. Саме це радіовипромінювання - ознака того, що в ударній хвилі відбувається прискорення космічних променів. Точно можна сказати, що космічні промені, що потрапляють на Землю, - результат колективного внеску вибухів наднових в нашій Галактиці.