Классическое направление звездной космогонии

 

В середине XX века специалисты по звездной астрономии разработали более или менее надежные способы оценки возрастов отдельных скоплений. Началась новая жизнь и у диаграммы «Г — Р». Астрономы стали строить ее не для всех звезд, скажем, Галактики, сразу, а для отдельных скоплений, в которые входят звезды-ровесники. Это дало множество интересных сведений.

К нашим дням все звездное множество, входящее в Галактику, астрономы разбили на пять основных типов звездного населения.

Крайнее население первого типа объединяет самые горячие звезды спектральных классов О и В, а также очень молодые галактические скопления и ассоциации. Сюда же относится и такой строительный материал, как космическая пыль и межзвездный нейтральный водород. В следующую группу населения того же первого типа входят обычные звезды спектральных классов A и F, красные сверхгиганты и галактические скопления. И наконец, последняя, третья, группа населения первого типа объединяет старые звезды главной последовательности и гиганты спектральных классов G и K.

 

Население второго типа разделено на две группы. Первая объединяет белые карлики, а также многие типы переменных звезд. Вторая — это имеющие почтенный возраст шаровые скопления и субкарлики.

Уже по одному виду приведенной классификации можно догадаться о схеме эволюции звезд, которой придерживаются ее авторы. Они явно исходят из того, что все молодые скопления и ассоциации соседствуют с большими массами строительного материала: пыли и газа. Эти астрономы являются сторонниками классических гипотез, утверждающих образование звезд «из газопылевых комплексов путем конденсации рассеянного вещества». Гипотезы эти разработаны достаточно подробно и отличаются лишь силами да механизмами действия тех сил, которым их авторы отдают предпочтение.

Говоря о классическом направлении звездной космогонии, важно отметить, что весь процесс рождения нового светила можно разделить на два этапа. Первый — сжатие и переход от газопылевого облака к протозвезде. И второй — включение в ее недрах термоядерных источников энергии. Но прежде всего нужно решить вопрос — почему бы это вдруг облаку, состоящему из рассеянных частиц пыли и газа, перейти в неустойчивое состояние и начать сжиматься?

Изучением условий устойчивости небесных тел занимался в свое время небезызвестный уже нам Дж. Джинс. Он был крупным физиком-теоретиком, интересующимся, в частности, вопросами излучения и кинетической теорией газов. И можно смело сказать, что именно успехи в физике заложили фундамент его будущих астрономических работ.

Из условий существования разреженной газовой туманности в межзвездной среде нетрудно сделать вывод, что есть три возможности. Первая: сохраняя равновесие, оставаться в неизменном состоянии. Вторая — рассеяться в пространстве. И третья — начать сжиматься. Все зависит от того, что больше: собственное (тепловое) движение молекул, создающее внутреннее давление, которое стремится разогнать и рассеять туманность, или суммарное притяжение всей массы вещества.

Дж. Джинс, используя свои знания в области газовой динамики, сумел вывести математический критерий неустойчивости таких туманностей. Требования оказались достаточно жесткими. Чтобы газовая туманность в межзвездном пространстве начала сжиматься, масса ее при определенной плотности должна быть примерно в тысячу раз больше солнечной. Только тогда силы тяготения в ней станут превышать газовое давление. Читатель вправе возразить: звезд с такими массами не бывает. Сколько раз мы говорили, что даже самые массивные могут быть ненамного тяжелее Солнца. А может быть, облако, сжимаясь, запасает материал сразу на целую ассоциацию звезд?

Попробуем представить себе, как это происходит. Гигантский газопылевой комплекс сжимается сначала как единое целое. По мере загустевания критерий неустойчивости начинает выполняться и для отдельных его частей. И тогда первоначальная туманность дробится. После чего каждая часть продолжает сжиматься отдельно и вполне самостоятельно образует свою протозвезду.

Теперь давайте выберем одно из сгущений, близкое по массе к тому, из которого могло некогда образоваться Солнце, и проследим за его эволюцией дальше. Подобную задачу решали многие теоретики. И целый ряд ее этапов подробно рассчитан.

Прежде всего, что представляет собой выбранная нами часть сжимающейся пылевой туманности? Масса ее должна быть близка к солнечной. Значит, при нормальной плотности она будет иметь радиус порядка десятых долей парсека. Математически его можно записать так: 1 парсек = 3,26 светового года = 3,083 · 10¹³ километров, следовательно, одна десятая парсека равна 3 083 000 000 000 километров.

Для дальнейшего сжатия туманности нужно, чтобы давление тяготения и в некоторой степени давление окружающего газа продолжало оставаться выше собственного внутреннего давления, вызванного тепловым движением частиц. Тогда через некоторое время туманность достигнет критической плотности и перейдет в следующую категорию — в протозвезду. Температура газа должна бы при этом повышаться, но теоретики утверждают, что она остается примерно постоянной из-за сильного охлаждения межзвездной средой.

Это очень грустное обстоятельство, потому что темное, холодное, сжимающееся облако почти ничем не выдает своего существования в глубинах вселенной. Наиболее интенсивным в этот период может быть инфракрасное излучение линии молекул водорода. Но, как назло, именно оно не доходит до земных наблюдателей, поглощаясь атмосферой Земли. Придется подождать постройки астрономической обсерватории на Луне. Или поискать другого подтверждения предполагаемых ранних фаз сжатия. Вот, например, несколько лет назад радиоастрономы обнаружили непонятное излучение с длиной волны 18,3 сантиметра. Откуда оно приходит на Землю? Чем порождается? Дело в том, что, уловив радиоволны любой частоты из космоса, исследователи в конце концов находят их источники. А тут, как ни бились, как ни искали, — ничего! В полном отчаянии кто-то из особенно эмоциональных радиоастрономов предложил назвать это излучение «мистериум». Но делу это не помогло. И вдруг советский астрофизик И. Шкловский, известный своей способностью к генерированию самых невероятных гипотез, предположил, что это и есть как раз излучение в линии двухатомной молекулы гидроксила (ОН), которое дают сжимающиеся протозвезды. Интересное предположение. Но насколько успешно удалось на этот раз пристроить «бесхозные радиоволны», покажет будущее. Если эта идея подтвердится, стоит признать, что она была блестящей.

Итак, протозвезда готова! На этом условимся считать, что начальный этап сжатия газопылевого облака закончился.

После прохождения состояния критической плотности процесс сжатия ускоряется. Через некоторое время он уже идет со скоростью свободно падающего тела. Пыль и газ наперегонки мчатся к центру сгущения. А дорога до него не близкая. Помните, мы говорили о радиусе облака…

Слово опять берут математики. Они подсчитали, что протозвезде с массой Солнца нужно примерно 200 тысяч лет, чтобы сконцентрироваться в небесное тело требуемой «звездной» плотности. Во время такого интенсивного сжатия освобождается много гравитационной энергии. Пыль и газ за ее счет разогреваются, и сжимающаяся протозвезда излучает все больше и больше электромагнитных волн, правда, пока все в том же невидимом инфракрасном диапазоне.

Постепенно в центре протозвезды пыль начинает плавиться. Молекулы газа распадаются на атомы. Атомы ионизируются. Вещество протозвезды переходит в состояние плазмы. И как только освобождающейся гравитационной энергии становится достаточно, чтобы нагреть и превратить в плазменный шар всю протозвезду, бурное устремление вещества к центру прекращается. Происходит одна-другая короткие вспышки яркостью в тысячу Солнц, и протозвезда снова темнеет. На этом этапе согласно теории японского физика Ч. Хаяши протозвезда бурно «кипит», как кастрюля с космическим супом, разогревая свои недра. И лишь когда температура в центре достигнет этак примерно миллионов восьми градусов, «включаются» термоядерные реакции. С этого момента протозвезда, как говорят специалисты, «садится» на главную последовательность и начинает жизнь нормальной звезды.

После того как протозвезда превратилась в звезду, жизнь ее идет веселее. Процессы, происходящие в недрах звезд, сложны и зависят, конечно, от многих факторов, но от массы они зависят, пожалуй, прежде всего. Нам с вами проще, мы остановились на рассмотрении обычной звезды, звезды солнечного типа. Проще и интереснее потому, что судьба Солнца наверняка должна интересовать и волновать нас значительно больше, чем судьба, скажем, какой-нибудь Даби или «Счастье убийцы», как некогда называли Бету из созвездия Козерога, удаленную от нас на расстояние едва ли не двухсот пятидесяти световых лет.

С началом термоядерных реакций в звезде начинается «выгорание» водорода в протонных реакциях. При этом можно считать, что радиус светила и его светимость остаются постоянными достаточно продолжительное время. Это большое счастье. За этот срок возле одного из известных нам небесных тел, именно Солнца, зародилась жизнь и даже достигла кое-каких успехов в своем развитии. И впереди у человечества еще есть время для процветания. По данным современной науки, наша вселенная существует, по крайней мере, 10 миллиардов лет. И за этот срок даже самые старые звезды, меньшей массы, чем Солнце, не «выжгли» еще всего водорода из своих недр. Но в конце концов это, к сожалению, произойдет. К этой далекой поре температура в недрах Солнца, по расчетам Э. Эпика, возрастет до 400 миллионов градусов. Вид реакций в его ядре сменится, и светило наше может вспыхнуть. Хотя может и не вспыхнуть.

Дальнейший ход эволюции представляет для нас меньший интерес. После того как запасы «горючего» кончатся, термоядерные процессы прекратятся, звезда снова начнет сжиматься и будет это делать до тех пор, пока не превратится в железный белый карлик. Белый карлик медленно остынет, проходя последовательно стадии красного карлика, инфракрасного и, наконец, черного карлика. Вот тогда наступит полный конец. Все!

Конечно, в приведенной картине образования звезды из диффузной материи не все обстоит гладко. Например, по данным наблюдений в Галактике очень мало водорода: всего около 2 процентов общей массы. А теория считает, что звезды произошли именно из этого популярного газа. При наличии же такого мизерного количества строительного материала в Галактике всякое звездообразование должно бы давно закончиться. Между тем те же наблюдения говорят, что в нашей системе немало молодых и очень горячих голубых гигантов и сверхгигантов. В то же время надо признаться, что нигде, ни в одном уголке Галактики, астрономы никак не могут обнаружить ни единой протозвезды. А если оные образуются из газа, то вполне законно было бы ожидать их среди звездной молодежи в ассоциациях…

Увы, все, что было обнаружено до сих пор в этом плане, оказывалось желаемым, которое принималось за действительное. Не совпадает и спокойный характер концентрации газа в протозвезду с наблюдаемыми взрывами, сопровождаемыми могучими выбросами материи, которые обнаружили астрономы в ядрах галактик.

И наконец, большим недостатком рассмотренной гипотезы, недостатком, который признается даже всеми ее сторонниками, является то, что, даже объяснив удовлетворительно некоторые из имеющихся фактов, она не сумела пока предсказать ни одного нового открытия. А их в последние годы было сделано немало. С гипотезой, претендующей на переход в ранг теории, таких конфузов случаться не должно…

В 1946 послевоенном году недалеко от Еревана на склоне годы Арагац началось строительство Бюраканской астрофизической обсерватории. Под ее куполами собрался коллектив талантливых и увлеченных молодых людей, руководителем которых стал В. Амбарцумян. И там, продолжая свои исследования горячих звезд-гигантов ранних спектральных классов O и B, а также переменных звезд-карликов типа Т из созвездия Тельца, В. Амбарцумян заметил, что молодые звезды располагаются вовсе не хаотично, а имеют некоторую тенденцию к скучиванию. Бюраканцы назвали новые коллективы O -ассоциациями и T -ассоциациями.

Но вот что было странно. Ассоциации занимали такой большой объем пространства, что силы взаимного тяготения между их членами должны были быть очень слабыми. Одновременно собственные скорости движений звезд оказались такими большими, что им достаточно было бы всего нескольких сотен тысячелетий или миллионов лет, чтобы вообще выйти из такого коллектива.

А теперь попробуем вслед за В. Амбарцумяном сделать некоторые выводы. Не кажется ли вам, что приведенные факты говорят о том, что подобные союзы — образования недавние и, с точки зрения галактической, весьма кратковременные? А тот факт, что состоят такие ассоциации из молодых очень горячих звезд часто двойных и кратных систем, не наводит ли на мысль, что все они недавно родились тесной группой, а теперь стремятся разлететься из родного гнезда, но пока еще не успели этого сделать? И наконец, коль скоро они стремятся разлететься, то не участвовала ли при их рождении какая-то сила, сообщившая им начальную скорость, достаточную, чтобы преодолеть Ньютоновы силы притяжения?..

Вывод напрашивается не один. И каждый носит буквально революционный характер, потому что в корне противоречит устоявшейся классической точке зрения.

Во-первых, вопреки представлению о древности всех звезд получается, что часть из них рождается и сегодня. А во-вторых, что рождаются звезды не в одиночку, а группами и целыми коллективами.

Докладывая в 1947 году на общем собрании Академии наук СССР результаты этих исследований, В. Амбарцумян поставил и главный вопрос: из чего же образуются все эти молодые звезды и как идет процесс коллективного звездообразования?

Можно было, конечно, предположить существование больших темных дозвездных облаков диффузной материи и попытаться представить грандиозное действо рождения звезд в рамках классического направления. Но то, о чем говорил с трибуны молодой член-корреспондент АН СССР, не имело ничего общего с классикой. Он предполагал, что в глубинах вселенной существуют сверхплотные тела, которые делятся на части, образуя звездные ассоциации обнаруженного типа.

В 1950 году В. Амбарцумян и Б. Маркарян за открытие звездных ассоциаций описанного типа получили Государственную премию.

Высказанная ими гипотеза породила лавину критики. Известный специалист по физике звезд и туманностей московский астроном Б. Воронцов-Вельяминов подверг сомнению вообще существование ассоциаций молодых небесных тел. Он считал, что полосы темной пыли и газа в Галактике просто скрывают от нас часть далеких звезд-гигантов, оставляя в промежутках своеобразные «коридоры видимости». И то, что дано нам увидеть в этих «коридорах», бюраканцы принимают за «рассеянные ассоциации». Свои сомнения Б. Воронцов-Вельяминов основывал на довольно значительном количестве ошибок, обнаруженных им в предварительных результатах бюраканских астрономов. Страсти накалялись. Обе позиции обросли сторонниками. Настала пора большой открытой дискуссии. И она состоялась в мае 1952 года в Москве на Втором совещании по вопросам космогонии.

Основной тезис противников нового взгляда заключался в том, что никто из астрономов нигде не видел сверхплотных тел, из которых должны, как то считает В. Амбарцумян, образовываться звезды. Но ведь, несмотря на признанность классической гипотезы, описать туманность, в недрах которой видны зарождающиеся светила, ее сторонники тоже не могли!

Многие участники совещания воспользовались возможностью рассказать об итогах своих исследований, в результате чего астрономы познакомились с интересной теорией образования звезд из диффузной материи, выдвинутой ленинградскими профессорами А. Лебединским и Л. Гуревичем. Академик В. Фесенков рассказал об исследованиях звездных цепочек, обнаруженных им с помощью великолепного нового телескопа, установленного на Алма-атинской обсерватории. Он наметил также возможный ход эволюции различных галактических туманностей, из которых, по его мнению, возникали звезды.

На совещании выступили многие специалисты. И в конце концов идеи, которые защищал В. Амбарцумян, победили. Большинство участников согласились с существованием звездных ассоциаций. Однако в пылу полемики главный вопрос, ради которого была организована дискуссия, то есть вопрос о происхождении звезд, оказался несколько оттесненным и забытым.

В принятом решении была признана «плодотворность представления о том, что процесс группового звездообразования продолжается и в настоящее время».

 

Новые мехи для нового вина

 

Еще в библейских заповедях говорилось, что не след использовать старые мехи для молодого вина — скиснет. Века придали этому ценному хозяйственному совету более глубокое содержание. Попробуем и мы приспособить его для наших целей.

Помните, мы говорили об открытии В. Амбарцумяном рассеянных звездных ассоциаций, состоящих из очень молодых звезд, которые изо всех сил стремятся убежать из своей первоначальной компании? А не задумались ли вы, почему они стремятся это сделать? Ведь ежели образуются они путем конденсации диффузного вещества, то, рождаясь дружным коллективом, они должны непременно образовывать устойчивые системы. Чего им тогда разлетаться в разные стороны?

Новая астрономическая техника позволила наблюдателям проникнуть чрезвычайно далеко в глубины вселенной. И то, что виделось раньше смутно и неотчетливо, новые инструменты позволяли разглядеть достаточно ясно. Если раньше наша Галактика, как и прочие галактики, представлялась спокойным, постоянным образованием, то новые методы исследования рассеяли эту иллюзию. Во всех уголках метагалактики происходят бурные процессы. Развитие идет по ступенькам взрывов и невероятной силы катастроф. Неожиданно вспыхивают на небе новые звезды. Этот термин — новые звезды — астрономы-наблюдатели придумали не зря. Кажется, еще вчера на данном участке неба не было ничего примечательного, а сегодня там вдруг проклюнулась яркая точка. Проходит немного времени, и «новая» достигает светимости самых мощных сверхгигантов. А потом также вдруг начинает слабеть. В максимуме светимость звезды вырастает в сотни тысяч раз. А ведь это взрыв! Да еще какой! За короткое время взрыва «новой» — в течение всего нескольких дней — выделяется такая энергия, которую наше Солнце излучает за десять, а то и за сто тысяч лет.

Но еще грандиознее взрывы «сверхновых». Правда, это не столь частое с человеческой точки зрения явление. Последнюю такую вспышку в нашей Галактике, пожалуй, наблюдал Иоганн Кеплер в 1604 году, еще до изобретения телескопа. «Сверхновая» Кеплера была видна даже днем при солнечном свете. И ее светимость оценивается в миллиарды раз больше солнечной и лишь немногим меньше светимости целой галактики. Это был взрыв сверхграндиозный. По статистике астронома Ф. Цвикки, подобные взрывы должны происходить в галактиках примерно один раз за триста-четыреста лет. Если сравнить время жизни галактики со сроком человека, то такие вспышки словно галактический пульс или удары галактического сердца. Многозначительная, хотя и явно антропоцентрическая аналогия.

Но этими взрывами грандиозные катаклизмы во вселенной не исчерпываются. В ядрах галактик происходят непонятные пока нам взрывоподобные процессы, сопровождающиеся выделением колоссальных количеств энергии и выбросами вещества. Так, может быть, взрывы — нормальное явление развития в космосе? Так сказать, скачкообразный переход из одного качественного состояния в другое, в соответствии с диалектическим законом развития?

Если это так, то естественное объяснение получают и распадающиеся ассоциации молодых звезд. Надо только найти тот космический заряд, который служит источником взрыва, раскидывающего их. И В. Амбарцумян создает гипотезу образования звездных систем из невидимых сверхплотных скоплений материи, которые он называет «Д-телами». Так родилась новая космогоническая гипотеза, в самой основе своей противоположная классическому направлению.

«Новые мехи» были скроены настолько необычно, что ошеломленные космогонисты вначале дружно встретили их в штыки. Сторонники В. Амбарцумяна утешались тем, что еще никогда в истории науки не было случая, чтобы новый шаг можно было сделать легко и без сопротивления ортодоксов. Это тоже один из великих законов, помогающий сохранять накопленное богатство знания. Представьте себе, что было бы, если бы любое научное утверждение тут же принималось бы человечеством на веру?

Вокруг В. Амбарцумяна сплотился работоспособный коллектив единомышленников. В Бюраканской обсерватории возникла целая школа нового направления, школа, перед которой стояли сложные задачи. Ведь все, буквально все стремились уколоть их тем, что они одно неизвестное пытаются объяснить другим неизвестным. Как же, ведь гипотетических сверхплотных «Д-тел» никто никогда не видел. Не существовало и косвенных подтверждений хотя бы возможности существования подобных образований. Высказывались сомнения, что материя вообще может находиться в требуемом сверхплотном состоянии. Молодым бюраканским астрофизикам предстояла нелегкая борьба. Каждое слово, каждое утверждение и вывод нужно было обосновывать, снабжать подходящей теорией, подтверждать наблюдениями…

То обстоятельство, что никто в глаза не видел также и формирования звезд из диффузной материи путем концентрации, противниками во внимание не принималось. То была привычная точка зрения; и, чтобы спорить с нею, нужны были факты и еще факты, а не умозрительные рассуждения о невидимых, а может быть, и несуществующих сверхплотных телах.

Впрочем, некоторый опыт общения со сверхплотным состоянием вещества у астрономов уже был. Начал его Фридрих Бессель. Еще в 1844 году, наблюдая движение Сириуса, он пришел к выводу, что вокруг яркого гиганта должен непременно крутиться невидимый спутник, причем достаточно массивный, потому что в движениях яркой звезды наблюдались определенные неравенства. Однако наблюдатели никакого спутника возле Сириуса не находили. И лишь 18 лет спустя, когда оптик и астроном Альвен Кларк испытывал только что отшлифованный новый объектив на своем телескопе, он увидел рядом с Сириусом едва заметную в его сиянии крохотную блестку. То был Бесселев «Сириус В», или «Щенок», как называли его некоторые астрономы. Достаточно горячий «Сириус В» тем не менее излучал в 10 тысяч раз меньше света, чем сам Сириус, значит, и по размерам он должен был быть тоже во много раз меньше. Но масса «Щенка» отличалась лишь вдвое от массы основного светила. Вывод мог быть один — вещество «Сириуса В» обязано было быть тяжелее, то есть плотнее звездного вещества самого Сириуса. Так оно и оказалось. И в истории астрономии был открыт первый белый карлик — звезда, состоящая из вещества повышенной плотности.

Прошло время, и белых карликов обнаружили так много, что они образовали целый специальный класс звезд. Теоретики разработали подходящую теорию, вывели условия, при которых белые карлики могли существовать и находиться в равновесии, разработали физику образования уплотненного вещества. Чего не сделаешь на бумаге, если этого требуют наблюдения. По всем данным, звездное вещество белых карликов вроде бы не должно было подчиняться уравнению газового состояния, выведенному еще Б. Клапейроном в 1834 году. В 1874 году оно было обобщено Д. Менделеевым и с тех пор играет существенную роль при расчетах моделей звезд. Пользоваться уравнением газового состояния можно, когда газы достаточно разрежены. Но это совершенно неприменимо к сверхплотному состоянию белых карликов. Из чего же могли состоять эти удивительные сгустки материи, и в каком фазовом состоянии должно находиться их вещество?

Попробуем порассуждать. Температура поверхности белых карликов достигает 10 тысяч градусов. Внутри она наверняка выше. Значит, ни твердыми, ни жидкими они быть не могут. Газообразными? Но плотность вещества в недрах этих звезд такова, что в земных условиях наперсток, наполненный аналогичным конгломератом, весил бы сотни, а то и тысячи тонн! Плотность же самых плотных твердых и жидких тел, известных человеку, не превышает двадцати граммов на кубический сантиметр.

В 1926 году английский физик Р. Фаулер вывел все-таки теоретически условия, при которых могла существовать огромная плотность вещества белых карликов. Всем стало легче. Р. Фаулер предположил, что недра этого типа звезд находятся в состоянии «вырожденного газа», когда атомы разрушены, электроны отделены от ядер и расстояния между центрами атомных ядер в несколько десятков раз меньше, чем в обычных жидких и твердых телах. Такое вещество должно иметь совершенно особые свойства.

Давайте-ка вспомним физику. Почему газ в обычном состоянии имеет малую плотность? Да потому, что его атомы свободно двигаются в пространстве. Расстояния между ними больше размеров самих атомов. В жидких и твердых веществах картина другая. Там пухлые за счет своих электронных оболочек атомы соприкасаются. И чем теснее их «упаковка», тем выше плотность. В веществе белого карлика ядра оголены, электронные оболочки с них сорваны. Но расстояния между ними все еще значительно больше размеров самих ядер. А это признак газа. Ну, не совсем, конечно, обычного газа, но потому его и назвали «вырожденным»…

 

Несколько лет спустя советские физики Л. Ландау и Я. Френкель независимо друг от друга пришли к выводу, что не каждая звезда может обратиться в белый карлик, а лишь та, масса которой превышает солнечную не больше, чем на 40 процентов. Затем советский физик М. Бронштейн и индиец С. Чандрасекар, работавший в США, заложили основы общей теории белых карликов. Астрофизик С. Каплан в СССР решил задачу о наиболее вероятных плотностях таких звезд. Оказалось, что белые карлики весьма разнообразны. Плотность их, а соответственно и радиус зависят от предполагаемого химического состава. Например, если белый карлик состоит в основном из гелия, наибольшая плотность его будет равняться «всего» тысяче тонн на кубический сантиметр. Такое небесное тело может иметь среднепланетные размеры. А вот если большая часть белого карлика состоит, скажем, из ядер железа, его предельная плотность повышается раз в 20, а радиус становится меньше радиуса Земли (порядка тысячи километров).

Но и это не пределы возможного. Теория допускала, что в космосе могут встречаться условия, при которых плотность сжимающихся звезд перешагнет за пределы самых плотных белых карликов. Это случится, когда оголенные ядра «вырожденного газа» начнут поглощать электроны, превращая свои протоны в нейтроны. Нейтральным частицам ничто не мешает «упаковаться» еще компактнее вплоть до соприкосновения. При этом звезда резко сжимается и плотность ее вещества возрастает до сотен миллионов тонн на кубический сантиметр.

Сначала нейтронные звезды были просто «придуманы» теоретиками. Представление о них родилось в головах астрономов В. Бааде и Ф. Цвикки в 1934 году. Затем Л. Ландау и В. Хунд подвели под их предположительное существование теоретическую базу. А Р. Оппенгеймер и К. Волков рассчитали первую модель. Получалось, что образовываться нейтронные звезды могут в результате взрывов «сверхновых». В этом случае часть газовой оболочки звезды срывается силами взрыва и улетает прочь, а остаток вещества в конце эволюции съеживается до плотности, сравнимой с плотностью атомного ядра. Но массы нейтронных звезд так же, как и массы белых карликов, могут лишь ненамного отличаться от массы Солнца. А радиусы их становятся равными 30, а то и 10 километрам… Чудовищные химеры звездного мира! Но существуют ли они на самом деле? Нафантазировать, даже с помощью математики, ведь можно что угодно. Задача науки — ограничить человеческую фантазию рамками законов природы.

До самого последнего времени было предпринято немало попыток приписать свойства нейтронных звезд то одним, то другим обнаруженным небесным объектам. Все эти старания отличались неуверенностью и кончались неудачами. Но вот в конце 60-х годов астрономический мир испытал потрясение ни с чем не сравнимое: были открыты пульсары — радиоисточники, за доли секунды меняющие свое излучение, работающие как бы в импульсном режиме. Споры о природе новых объектов, теории их строения, гипотезы об их происхождении фейерверком вспыхнули среди специалистов. И не прошло и трех лет, как все или почти все согласились считать пульсары вращающимися нейтронными звездами.

После яростных дискуссий, прошедших в довольно быстром темпе, специалисты согласились считать моделями пульсаров некие устройства, напоминающие вращающиеся радиопрожекторы. На поверхности таких звезд предполагается существование активных областей, излучающих строго направленные радиоволны. Через определенный период, равный, скажем, времени оборота вокруг своей оси, луч такого прожектора «чиркает» по Земле. И тогда радиоастрономы принимают от него импульс радиоизлучения. Впрочем, с чего бы это звезде представлять собой «прожектор»? Не проще ли по традиции предположить, что шар должен излучать во все стороны одинаково, а судорожные вспышки радиоизлучения приписать пульсациям, в принципе аналогичным уже известным процессам такого рода?

Замечаете, мы уже не подвергаем сомнению существование этих странных объектов, мы уже вполне по-деловому обсуждаем их возможное строение…

Существует мнение, что и та и другая модели имеют право на существование. Более того, не исключено, что к некоторым пульсарам применимы сразу обе модели вместе, в комбинации.

А нельзя ли представить себе дальнейшее повышение плотности звездного вещества за пределы нейтронного состояния? Этой проблемой в теоретическом плане занялись В. Амбарцумян и Г. Саакян. Они установили, что при дальнейшем повышении плотности нейтронное вещество должно перейти в новое, барионное состояние. То есть раздавленные нейтроны и протоны должны частично перейти в неустойчивое состояние гиперонов — самых тяжелых из известных в настоящее время элементарных частиц. Гипероны очень неустойчивы. В нормальных условиях время их жизни — миллиардные доли секунды. Но мы и не ожидаем, что в недрах сжавшейся звезды условия нормальные. Отнюдь! Условия там таковы, что образовавшимся гиперонам просто некуда распадаться. В результате в центре они начинают накапливаться, образуя гиперонное ядро. Модель такой звезды можно представить себе состоящей из нескольких слоев. Внутренняя часть — гиперонное ядро, в котором могут попадаться и другие тяжелые частицы. Здесь сосредоточена основная масса звезды. Затем идет следующий — нейтронный — слой, состоящий, как читатель, наверное, уже догадался, из нейтронов. Он средней толщины, и масса его «незначительна». И последний — наружный — слой, даже, можно сказать, не слой, а тоненькая пленка, состоящая из «голых» ободранных ядер и электронов, пленка, состоящая из вещества белых карликов.

Гигантское внутреннее давление в гиперонных звездах уравновешивается не менее чудовищными силами гравитационного сжатия. При этом любое нарушение равновесия звезды должно приводить к такому взрыву, рядом с которым вянут лавры даже взрывов «сверхновых».

Вот как хорошо все получилось. Сторонники новой концепции готовы были торжествовать. Ясно, что гиперонные звезды — это и есть таинственные «Д-тела», из которых при взрывах рождаются целые коллективы звезд…

Ясно, да не совсем. Разработанная теория позволяла переходить в барионное состояние звездам, массы которых также порядка солнечной. Более массивные образования в сверхплотное состояние не имели права переходить. Получался прямо заколдованный круг. Ведь таких масс было явно недостаточно, чтобы из них могли родиться целые звездные коллективы.

 

«Черные» и «белые дыры» вселенной

 

В марте 1974 года в Государственном астрономическом институте имени П. Н. Лебедева АН СССР появилось у входа любопытное объявление. На объединенном семинаре должен был читаться доклад под названием «Взрываются ли „белые дыры“?». Научный авторитет докладчиков Я. Зельдовича, И. Новикова и А. Старобинского и необычность темы привлекли внимание многих.

Вообще в появлении таких странных и «ненаучных» терминов, как «черные» и «белые дыры», виноваты прежде всего космологи. Некогда, разрабатывая гипотезу «Большого Взрыва», они первыми описали процесс, в результате которого из «ничего» образовалось «все». В чем-то они даже конкурировали с господом богом. Правда, их «космологово ничего» имело бесконечную плотность в точке. У бога же «ничто» так и было «ничем».

Впрочем, о самом моменте превращения «ничего» в «что-то» космологи тоже предпочитают особенно не распространяться. Темное это дело, теоретическое… Основные их исследования касались того времени, когда вещество уже родилось и стало разлетаться в разные стороны, формируя нашу вселенную. Естественно предположить, что, разлетаясь, сгустки вещества должны слегка притормаживать друг друга силами взаимного притяжения. А значит, и скорость их движения должна постепенно падать.

Любое умозаключение должно подтверждаться расчетами. Посчитали и в данном случае. Получилась неприятность. Для торможения имеющихся галактик общая масса вещества во вселенной должна была быть раз в десять больше той, которая получается, если сложить всю наблюдаемую материю: и галактики, и газовые облака туманностей, и даже массу частиц космических лучей. Все вместе дает всего 10 процентов требуемой массы. А откуда же брать остальные 90 процентов? Тут-то и пришли на помощь «черные дыры». Раз их не видно, то почему бы не свалить на них ответственность за недостачу массы во вселенной?

Вообще надо сказать, что эти придуманные еще в 1939 году теоретические, гипотетические и какие угодно еще, только не реальные, объекты оказались сущим кладом для астрономии. Однако серьезные наблюдатели относились к ним всегда скептически. И вдруг… Впрочем, сначала что они собой представляют.

Рассматривая процесс коллапса — неудержимого сжатия звезды в конце эволюционного цикла, когда все водородное горючее истрачено, — теоретики пришли к любопытным выводам. Мы уже говорили о том, что нормальные звезды с массой порядка солнечной могут сжаться до плотности атомного ядра и превратиться в нейтронные сгустки. Это тоже сначала было предположением, но потом открыли пульсары. Исследуя процесс сжатия дальше, теоретики установили, что звезды с массой, превосходящей Солнце раз в пять, десять и больше, сжимаются неограниченно, то есть коллапсируют, превращаясь в «черную дыру». При этом, несмотря на резкое сокращение радиуса, масса звезды остается прежней. И вы представляете, как изменяются условия возле такого съежившегося до крохотного объема гигантского шара вещества?

Если размеры тела становятся меньше так называемого гравитационного радиуса — величины, зависящей от массы звезды и скорости света, — то для внешнего наблюдателя оно исчезает из глаз. Чтобы читатель смог представить себе более наглядно эту величину, достаточно сказать, что для Солнца с радиусом фотосферы примерно 7 · 10⁵ километров гравитационный радиус всего 3 километра.

У сколлапсировавшего объекта градиент, или мера возрастания гравитации на границе, очерченной этим радиусом, становится настолько велик, что никакому излучению не пробиться сквозь него. Завернутые силами взбесившейся гравитации частицы и лучи, едва покинув поверхность, тут же падают обратно, не вынося за пределы гравитационного радиуса никакой привычной нам информации. Ни фотонам видимого света, ни инфра-, ни ультра-, ни радио-, ни рентгено-, ни гамма-лучам не пробиться сквозь такой барьер. Для внешнего наблюдателя светило просто как бы исчезает. И лишь принадлежащие ему печальные планеты, кометы и астероиды продолжают обращаться в непроглядной тьме по прежним орбитам.

Исче