Александр Викторович Волков - 100 великих загадок астрономии
Магнитары обладают очень мощным магнитным полем – в тысячи раз мощнее, чем у обычных нейтронных звезд
К счастью, та памятная вспышка ничем не угрожала нам. Поток излучения магнитара, достигший Земли, был поглощен верхними слоями ее атмосферы. Но если бы она произошла на расстоянии всего 10 световых лет от нашей планеты, то здесь началась бы массовая гибель всего живого (так что, возможно, какие-то прежние биологические катастрофы, вроде внезапной гибели динозавров, были вызваны именно такой близкой гамма-вспышкой, считают некоторые астрономы).
Еще одна звезда-рекордсмен – это SGR J1550—5418, расположенная на расстоянии примерно 30 тысяч световых лет от Земли. Период ее вращения составляет 2,07 секунды. Это самый быстрый известный науке магнитар. Он стремительно испускает гамма-лучи. Так, менее чем за 20 минут было зарегистрировано свыше сотни вспышек, причем во время самых мощных выделялось больше энергии, нежели Солнце излучает за 20 лет. Кстати, телескоп космической обсерватории «Свифт» зафиксировал, что во время наиболее ярких вспышек вокруг этого магнитара появлялись своего рода расширяющиеся кольца, состоявшие из отраженных сигналов. Очевидно, газопылевая завеса, окружающая звезду, отражала часть ее излучения.
Возможно, именно магнитары и являются источниками загадочных вспышек гамма-излучения, иногда фиксируемых астрономами. Природа этих вспышек до сих пор окончательно не выяснена. По одной из гипотез, эти потоки гамма-лучей испускает нейтронная звезда, погружаясь в бездну черной дыры. По другой, они возникают при столкновении двух нейтронных звезд. Но теперь астрономы полагают, что хотя бы часть этих феноменов объясняется мощнейшими вспышками магнитаров, расположенных где-нибудь на другом конце Вселенной. Эту идею предложил Кевин Харли из Берклийского университета. Вспышки такой же интенсивности, как та, что произошла 27 декабря 2004 года, можно зафиксировать в радиусе нескольких сотен миллионов световых лет.
Чем же объяснить столь грандиозные выбросы энергии, характерные для магнитаров? «Изобретатель» этой категории звезд, человек, впервые заговоривший о том, что магнитары могут существовать, Роберт Дункан из Техасского университета, предлагает следующий сценарий.
Магнитное поле магнитара отличается необычайной мощью. Даже атомы, оказавшись в таком поле, деформируются чуть ли не до неузнаваемости: например, атом водорода становится похож на иглу (соотношение его длины и ширины теперь равняется примерно 200). Само магнитное поле тоже поразительным образом искажено. В недрах этой звезды, где сосредоточена большая часть ее магнитной энергии, силовые линии поля обвивают ее ось вращения, словно пружины, накрученные на стержень. Как предполагают исследователи, подобные искажения возникают из-за быстрого вращения звезды. Стремясь развернуться, эти «пружины» время от времени взрывают твердую кору магнитара, достигающую в толщину около километра, При этом высвобождается огромная энергия, которая испускается в виде потока гамма-лучей. Чем сильнее будут закручены силовые линии магнитного поля, тем мощнее поток этих лучей. Благодаря встряске магнитное поле несколько перестраивается, обретает более стабильную конфигурацию. Сама же звезда, словно оплетенная собственным магнитным полем, начинает вращаться медленнее. Спустя некоторое время всё повторяется снова и снова – и так до тех пор, пока магнитар окончательно не замедлится
Нечто похожее наблюдалось и в случае с магнитаром SGR 1806—20. С марта по декабрь 2004 года было зафиксировано несколько отдельных слабых вспышек, которые свидетельствовали о деформировании твердой коры магнитара. Сам он все ярче светился в гамма-диапазоне, поток излучения становился все более жестким, а скорость вращения магнитара уменьшалась. Все эти факторы указывали на то, что его магнитное поле все сильнее и сильнее закручивалось. В конце концов возникшее здесь напряжение моментально разрядилось, когда звезда испустила гигантский поток гамма-излучения. Астрофизик Анна Ваттс из Амстердамского университета отмечает: «Такое событие сродни девятибальному землетрясению. Во время него моментально меняется магнитная конфигурация всей звезды». После этого события магнитное поле магнитара вновь приняло свою прежнюю форму. Звезда вернулась в стабильное состояние.
Сейчас у ученых имеются две гипотезы, которые объясняют происхождение магнитаров. По одной из них, это могут быть сверхплотные «руины» звезды, которая обладала необычайно мощным магнитным полем. Впрочем, подобных звезд в Млечном Пути очень мало. По альтернативной теории, на последней стадии жизни вполне обычной звезды скорость вращения ее ядра возрастает настолько, что звезда превращается в своего рода динамо-машину. Мощность ее магнитного поля заметно возрастает, и после своей гибели она становится магнитаром. Большинство астрономов придерживается первой гипотезы, однако убедительных доказательств, подтверждающих ее, пока нет.
Предполагается, что магнитары проявляют бурную активность лишь в первые 10 тысяч лет своей жизни, затем их магнитное поле стабилизируется. На протяжении еще нескольких тысяч лет после этого магнитары продолжают испускать излучение (такие объекты называют аномальными рентгеновскими пульсарами), пока не остывают так сильно, что перестают выказывать какую-либо активность. Возможно, на просторах нашей Галактики затеряны многие миллионы подобных звезд. По оценке астрономов, примерно каждая десятая нейтронная звезда является магнитаром.
Обманчивая красота планетарных туманностей
Прах становится прахом, а пыль – пылью. Нет ничего вечного под солнцем, нет ничего вечного и в мире звезд.
Небольшие звезды, чья масса сравнима с массой нашего Солнца, живут долго. Им суждено прожить примерно столько (или даже больше), сколько просуществовала уже Вселенная – около 14 миллиардов лет. Жизнь такой звезды сравнительно бедна событиями. Когда топливо в ее недрах выгорит, плотность в ее центральной части стремительно возрастет – там образуется массивное гелиевое ядро. Вокруг него продолжится горение еще сохранившегося водородного топлива. Разогреваясь, оболочка звезды расширится и достигнет колоссальных размеров. Ее радиус теперь в сотни раз больше радиуса Солнца. Подобная звезда называется «красным гигантом». Для звезды красный цвет – цвет старости. Температура в ее недрах превышает уже 100 миллионов градусов. В таком пекле сливаются даже ядра гелия, образуя углерод и кислород.
Со временем – через каких-то 10—100 тысяч лет – звезда сбрасывает газовую оболочку в окружающее ее космическое пространство. Эти изношенные покровы, разогретые до температуры 10 000 градусов, отлетают от нее, словно раздуваемые ветром. Гигант на глазах превращается в карлика, оставляя себе лишь неприкосновенный запас – остов, ядро.
Кольцевая планетарная туманность в созвездии Лира
Лихорадочно меняется окраска звезды, словно она подает сигнал бедствия. Из красной становится оранжевой, желтой, голубой. Когда же звезда обернется белым карликом и ее температура достигнет 30 000 градусов, поток ультрафиолетового излучения, испускаемого ею, становится таким мощным, что под его воздействием отлетевшая газовая оболочка ионизуется. Теперь она видна в телескоп. На пустынном участке космоса проступает размытое, туманное пятно. Оно сверкает все ярче. Оно скорее напоминает бутон, переливающийся разными цветами.
Нет ничего вечного в мире звезд. Всё новые гигантские светила, подводя итоги жизни, будут превращаться в банкротов, лишаясь почти всего, что им удалось стяжать. Всякий раз после их жизненного краха рядом с ними вспыхнет еще одно пятно, словно драгоценность, выпавшая из разжатой руки. Еще один «розовый бутон».
Форма этих пламенеющих «бутонов» очень причудлива: чашечки, венчики, кольца, арки, петли. Небо цветет! По мнению многих астрономов, это самые красивые объекты во Вселенной. Они зовутся планетарными туманностями. Долгое время их природа была непонятна.
В 1785 году Уильям Гершель, наблюдая за небом в уникальный для того времени 20-футовый телескоп, обратил внимание на крохотный синевато-зеленый кружок. Так же выглядела планета Уран, открытая им четыре года назад. Однако это небесное тело, как и некоторые другие, вскоре обнаруженные им, не имело ничего общего ни с планетами, ни с протопланетными телами. Название, данное им, было ошибочным.
Лишь в ХХ веке И.С. Шкловский первым понял, что планетарные туманности возникают в конце жизни звезд малой и средней массы, когда звезда, превращаясь в белого карлика, сбрасывает оболочку, и та рассеивается в окружающем пространстве.
Как полагают ученые, только в Млечном Пути имеется около 50 тысяч планетарных туманностей. Впрочем, в каталоги пока внесено лишь немногим более полутора тысяч таких объектов, причем сотню из них можно наблюдать даже в любительский телескоп. Для нашей Галактики, насчитывающей, по усредненной оценке, 200 миллиардов звезд, число планетарных туманностей, на первый взгляд, очень невелико. Все дело в том, что они недолговечны по сравнению со звездами. Они существуют лишь несколько десятков тысяч лет.
