Александр Викторович Волков - 100 великих загадок астрономии
В еще одной гипотетической модели, тоже имеющей право на существование, энергия вращения звезды преобразуется в магнитную. В некоторых случаях этого оказывается достаточно, чтобы вызвать чрезвычайно асимметричный взрыв звезды, причем ее остатки выбрасываются в космос строго вдоль оси ее вращения. Подобные звезды называют «гиперновыми». Как полагают, именно они являются источниками мощных вспышек гамма-излучения. На месте взорвавшейся гиперновой, по-видимому, остается черная дыра.
Совсем иначе взрываются сверхновые типа Ia. К этому классу принадлежат многие из самых ярких сверхновых. Речь идет о взрывах белых карликов, являющихся частью двойных звезд. Они постоянно пожирают находящуюся рядом звезду, пока их масса не достигнет магического предела – 1,4 солнечных масс. Тогда карлик и вспыхивает сверхновой звездой.
В компьютерной модели, созданной учеными Чикагского университета, показаны первые две секунды этого процесса. Разогретый до десяти миллиардов градусов пепел, образовавшийся в недрах звезды в результате термоядерной реакции, поднимается к ее поверхности и обволакивает ее – раздается взрыв. Остатки звезды уносятся в космическую даль со скоростью свыше 10 тысяч километров в секунду. Свидетелем такого взрыва и стал Тихо Браге.
Подобные события лишний раз напоминают, что сверхновые звезды взрываются по разным причинам. Только так можно объяснить, почему эти эффектные астрономические события столь многолики. В наши дни благодаря современным телескопам ежегодно удается открывать несколько сотен сверхновых звезд в различных галактиках, доступных нашему наблюдению. Так, в 2005 году было обнаружено 367 сверхновых, в 2006 году – 551, а в 2007 году – даже 572!
Унесенные вдаль остатки взорвавшейся звезды, насыщенные тяжелыми элементами, синтезированными в ее недрах, со временем послужат строительным материалом для новых звезд и – берите ниже! – планет. На некоторых планетах появятся живые существа, в организме которых будут содержаться химические элементы, образовавшиеся в толще сверхновой, например, железо – в крови. Так что все мы немного «звездные мальчики» и «звездные девочки».
Взрывались ли сверхновые звезды в окрестностях земли?
По оценкам астрономов, сверхновые звезды вспыхивают в нашей Галактике в среднем раз в тридцать лет. Впрочем, в большинстве случаев мы не замечаем этого, поскольку взорвавшиеся звезды находятся очень далеко от Земли и облака газа и пыли заволакивают их от наших взглядов.
За последние несколько тысяч лет не было случая, чтобы эти космические фейерверки принесли хоть какую-то беду. Разве что иногда их упоминали в хрониках, как было, например, со звездой, воссиявшей в 1054 году. Как-никак, почти три недели ее можно было видеть даже в дневные часы (позднее на ее месте образовалась Крабовидная туманность).
Поэтому ученые долгое время почти не задумывались о том, могли ли вспышки сверхновых повлиять на эволюцию жизни на нашей планете. Лишь в 1974 году американский физик Мелвин Рудерман предположил, что через каждую пару сотен миллионов лет в радиусе 30 световых лет от Земли взрывается какая-либо гигантская звезда. И тогда в течение нескольких веков озоновый слой, защищающий планету от смертоносного космического излучения, напоминает скорее решето.
Сверхновая звезда Supernova 1987A
Можно схематично обрисовать последующие события. Сперва на Землю обрушивается мощный поток ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-лучей, затем – поток быстрых частиц, в основном ядер водорода (протонов). Проникая к Земле, космическое излучение пагубно сказывается на планктоне, населяющем моря нашей планеты. Начинается массовое вымирание животных, питавшихся планктоном. Затем гибнут хищники, оставшиеся без добычи.
Животные вымирают ведь, прежде всего, потому, что не могут найти достаточного количества пищи, чтобы прокормить себя. Не случайно в эпоху глобальных катастроф мелким животным легче отыскать нишу для выживания – им требуется меньше пищи, к тому же многие из них питаются насекомыми, которые, как правило, не так сильно страдают в пору бедствий. Кроме того, мелкие животные обычно встречаются чаще крупных животных и быстрее их размножаются, приносят более многочисленное потомство, меньше времени вынашивают его. Поэтому они лучше приспособлены к катастрофам. Им, как биологическим видам, легче сохраниться.
Стоит отметить и следующее: поскольку количество планктона заметно уменьшится, он будет поглощать все меньше углекислого газа, а это приведет к нарастанию парникового эффекта. Опять же не все животные оказываются готовы к климатическим изменениям. Такова еще одна цепочка последствий взрыва одной из соседних с нами звезд.
В 1995 году физик Джон Эллис из Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) и его американские коллеги Брайан Филдс и Дэвид Шрамм уточнили расчеты Рудермана. Из опубликованной ими статьи явствовало, что в среднем раз в 250 миллионов лет в области, очерченной их коллегой-предшественником, непременно взрывается сверхновая звезда.
Они также предположили, что взрывы сверхновых оставляют в осадочных отложениях или толще льда почти такой же след, как падения астероидов. Дело в том, что в раскаленной газовой оболочке, которую сбрасывает с себя звезда, начинает работать настоящая химическая фабрика. В течение считаных секунд здесь возникает практически весь ассортимент таблицы Менделеева вплоть до такого элемента, как калифорний, который на Земле можно получить лишь искусственным путем.
Если это «химическое» облако, выброшенное сверхновой, достигнет Земли, то в ее атмосферу проникнут некоторые экзотические элементы. Они оседают на поверхность суши или дно моря, образуя специфический слой отложений. Разумеется, в случае со сверхновыми звездами не стоит преувеличивать объемы вещества, просыпавшегося на Землю. Так, если звезда взорвется на расстоянии 30 световых лет от нас, то общая масса этого вещества составит около 10 миллионов тонн.
Поиск вещества сверхновой звезды в чем-то сродни поиску иголки, провалившейся в стог сена. Его масса в тысячи раз меньше массы астероида, рухнувшего на Юкатан 65 миллионов лет назад. Если же учесть, что это вещество рассеялось по планете, то отыскать его очень трудно. Его могут выдать только некоторые изотопы, которые не встретишь на Земле, например, железо-60.
В 1999 году в пробах железомарганцевых конкреций, взятых со дна в южной части Тихого океана, близ острова Питкэрн, обнаружилось именно железо-60. Период полураспада этого радиоактивного изотопа составляет полтора миллиона лет. Он образуется лишь при взрывах сверхновых, причем в количестве, превосходящем массу нашей планеты.
Осенью 2004 года был проведен повторный анализ. В образцах конкреций, поднятых со дна океана в трех тысячах километрах от прежнего места, вновь было найдено большое количество железа-60, что позволило уточнить дату события, случившегося в космических окрестностях Земли.
Расчеты показывают, что вещество сверхновой звезды может достичь поверхности нашей планеты только в том случае, если взрыв произошел на расстоянии всего нескольких сотен световых лет от нее. Иначе поток звездного вещества настолько замедлит свое движение, что, столкнувшись с солнечным ветром, будет отнесен в сторону от планеты.
Судя по количеству изотопов, обнаруженных в пробах, взрыв произошел примерно в ста световых годах от Земли, и случился он около 2,8 миллиона лет назад. В ту пору эта сверхновая сияла в сотни раз ярче полной Луны. Впрочем, выяснить, где она находилась, не удастся. За минувшие миллионы лет нейтронная звезда, оставшаяся на месте взрыва, очевидно, удалилась на тысячу с лишним световых лет от Солнца, а сброшенная ею газовая оболочка разредилась до такой степени, что заметить ее уже нельзя.
Это открытие стало одним из важных достижений «астрономической археологии», в задачу которой входит, например, изучение океанических осадков в поисках следов давних взрывов сверхновых. «Телескопами» археологов могут служить не только изотопы железа-60, но и гафний-182 и плутоний-244.
Кстати, взрывы сверхновых помогут объяснить некоторые загадочные изменения земного климата в далеком прошлом. Ведь, проникая в атмосферу нашей планеты, частицы вещества, выброшенного звездой, становятся центрами конденсации капелек воды. Планету затягивают облака; солнечные лучи все реже достигают ее поверхности; наступает похолодание. Географы давно определили, что около трех миллионов лет назад климат Земли разительно изменился, началось длительное похолодание, однако причина его была непонятна. Этот взрыв сверхновой многое объясняет. Облачный полог окутал тогда земную поверхность. На полюсах скопилось значительно больше льда; в Африке же стало выпадать меньше осадков.
Это событие повлияло и на становление человека. По словам ученых, оно стало «движущей силой эволюции наших далеких предков». Именно около 2,8 миллиона лет назад из рода австралопитеков выделяется ранний вид человека – Homo habilis, «человек умелый». Очевидно, становление этого вида было связано с изменившимися условиями существования. Климат стал более суровым, и лучше всего приспособилась к этим изменениям популяция гоминидов, научившаяся изготавливать орудия. Область ее обитания заметно расширилась. Так что сверхновая звезда благословила род человеческий.
