Вселенная с нуля. От Большого взрыва до абсолютной пустоты: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Но еще в 1970-х годах этот пульсар, выброшенный в пространство звездным катаклизмом триста пятьдесят тысяч лет назад, заявил о себе интенсивным излучением в диапазоне жесткого гамма-излучения. В 1975 году на загадочный источник был нацелен орбитальный гамма-телескоп Cos-B – первый проект только что созданного Европейского космического агентства (ЕКА).

Ученые из Миланского университета, которые участвовали в работе космической обсерватории Cos-B, и в их числе итальянский астрофизик Джованни Биньями, стремясь разгадать природу таинственного источника, попытались связать его с одной из расположенных в той же области неба звезд с необычными спектрами. Из этого ничего не вышло. Исследователи отнеслись к ситуации с юмором и назвали таинственный источник Геминга, намекая на выражение (el) gh’è minga, на миланском диалекте означающее «(ее) здесь нет». Это прозвище сохраняется за объектом до сих пор. Но в 1991 году, когда на орбиту была выведена гамма-обсерватория НАСА CGRO, удалось, наконец, доказать, что Геминга является пульсаром.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Пульсар – космический маяк (–4500)

– 166 ТЫСЯЧ

Гигантский рой нейтрино

Sanduleak –69°202 – голубой гигант из Большого Магелланова Облака, входящий в каталог звезд, составленный американским астрофизиком румынского происхождения Николя Сандуликом. В один прекрасный день ядро этой звезды массой в двадцать Солнц внезапно схлопнулось – коллапсировало. Слабое взаимодействие протонов и электронов за какой-то десяток секунд привело к образованию феноменального количества нейтронов и нейтрино.

Нейтроны, объединившись друг с другом, образовали огромный сверхплотный ком. В процессе его сжатия образовалось невероятное количество нейтрино: 10⁵⁸ – единица с пятьюдесятью восемью нулями. Эти нейтрино унесли фантастическую гравитационную энергию, выделившуюся во время коллапса ядра и равную энергии, выделенной Солнцем с момента его образования за более чем четыре миллиарда лет. В бестиарии элементарных частиц нейтрино занимает особое место. Его масса настолько мала, что эта частица практически нечувствительна к гравитации. Электрического заряда у нейтрино тоже нет, и оно не взаимодействует с электромагнитным полем. Наконец, на нейтрино не действует даже сильное взаимодействие, сила, которая обеспечивает связь частиц в атомном ядре. Эта частица участвует только в слабом взаимодействии, силе, которая проявилась во время коллапса ядра звезды Sanduleak –69°202.

Практически безмассовые нейтрино, образовавшиеся в ядре Sanduleak –69°202, двигались со скоростью, близкой к скорости света, и почти не взаимодействовали с окружающей материей. Они беспрепятственно прошли сквозь сброшенные звездные оболочки и вылетели из тела звезды в виде столь плотного роя, что, когда 23 февраля 1987 года, преодолев расстояние в сто шестьдесят шесть тысяч световых лет, он достиг Земли, плотность потока нейтрино все еще оставалась равной тридцати миллиардам частиц на квадратный сантиметр! Однако, так как нейтрино нечувствительны к воздействию любых сил за исключением слабого взаимодействия, их очень трудно обнаружить: когда нейтринный рой, возникший в результате коллапса ядра звезды Sanduleak –69°202, обрушился на самый большой на тот момент детектор нейтрино «Камиоканде II», установленный в Японии, детектор смог «увидеть» всего лишь одиннадцать частиц.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Ударная волна сотрясает Большое Магелланово Облако (–166 тысяч)

– 166 тысяч

Ударная волна сотрясает Большое Магелланово облако

Еще до того, как ядро голубого сверхгиганта Sanduleak –69°202 коллапсировало, испустив гигантский рой нейтрино, эта огромная звезда, входившая в двойную систему, обменивалось веществом со своим компаньоном. В результате вокруг сверхгиганта образовался плотный газовый диск, на который с поверхности звезды обрушивался мощный звездный ветер. Потом произошел коллапс ядра. Это явление невероятной разрушительной мощи привело к образованию чудовищного нейтронного кома, сжатого до плотности, превышающей плотность атомного ядра. Но после сжатия сверхплотное тело начало разжиматься, как резиновый мячик, который крепко сжали в ладони, а потом отпустили. Образовалась ударная волна огромной силы, выбросившая в окружающее пространство остатки звездных оболочек.

Это событие стало причиной образования огромного количества нейтронов, достигших внешней оболочки звезды и вступивших во взаимодействие с ядрами атомов, из которых она состояла. Лишенные электрического заряда нейтроны, подчиняясь сильному взаимодействию, соединялись с ядрами. Присоединение нейтронов не изменило химической природы элементов, а привело к образованию изотопов этих элементов. Теоретически эти неустойчивые изотопы могли бы распасться, однако приток нейтронов был настолько интенсивным, что к изотопам присоединялись все новые и новые нейтроны. Этот процесс идет обычно столь быстро, что получил у физиков название r-процесс (от англ. слова rapid – быстрый). Когда приток нейтронов наконец иссяк, оболочка звезды оказалась насыщена нестабильными изотопами, которые при распаде образовали устойчивые изотопы всех встречающихся в природе элементов вплоть до урана.

При прохождении ударной волны расширяющаяся оболочка звезды засияла невероятно ярко – ее светимость достигла миллиарда светимостей Солнца. Этот феномен и называется вспышкой сверхновой; 23 февраля 1987 года астрономы-любители и специалисты зарегистрировали его в Южном полушарии неба под номером SN 1987A. Несколько дней спустя видимое сияние SN 1987A пошло на спад – теперь оно подпитывалось только распадом радиоактивных изотопов, в основном кобальта-56 и железа-56. Скорость падения яркости соответствовала периоду полураспада кобальта-56: семидесяти семи дням.

Распространяясь наружу в окружающее пространство, через десять лет ударная волна достигла расширяющегося внутреннего края околозвездного диска, уже освещенного ультрафиолетовым излучением сверхновой. И лишь через двадцать пять лет после взрыва, внутреннего края диска достигли сброшенные звездой оболочки.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Гигантский рой нейтрино (–166 тысяч)

Еще одна сверхновая (1054)

– 50 тысяч

Гигантский метеорит падает на Землю

В конце плейстоцена, первой геологической эпохи четвертичного периода, в атмосферу Земли однажды врезался огромный кусок металла: железа и никеля. В отличие от большинства метеоритов, этот объект не происходил из роя малых тел, оставшихся от начальной стадии образования Солнечной системы: он скорее был фрагментом разрушенного ядра протопланеты, в процессе ее формирования испытавшей катастрофическое столкновение. Благодаря своему составу болид оказался гораздо устойчивее к мощному аэродинамическому сопротивлению плотных слоев земной атмосферы, чем состоящие из льда и камня метеориты.

Промчавшись сквозь наиболее плотные слои атмосферы, на высоте около четырнадцати километров над поверхностью Земли плейстоценовый метеорит наконец развалился. От него отделился основной кусок массой в половину исходной и множество малых фрагментов, которые на высоте четырех километров от поверхности образовали вращающийся рой поперечником метров в двести. Основное тело метеорита, оставаясь практически неповрежденным, на скорости в двенадцать километров в секунду врезалось в землю, выделив около десяти миллионов миллиарда джоулей энергии. Мелкие фрагменты, значительная часть которых испарилась в воздухе, выделили примерно столько же энергии в атмосферу, вызвав страшной силы порывы ветра.

При падении образовался кратер диаметром более километра. Место, где упал метеорит, в шестидесяти километрах к востоку от Флагстаффа, штат Аризона, на западе США, до сих пор так и называется: Метеоритный Кратер. На момент падения метеорита здесь была травянистая саванна, где паслись шерстистые мамонты и гигантские ленивцы, еще не потревоженные группами людей, пришедших из Азии двадцать тысяч лет спустя. Выброс энергии при падении метеорита был мощнее, чем ядерная бомба, сброшенная на Хиросиму; огненный взрыв испепелил все живое в радиусе нескольких километров. Тем не менее количество пыли, выброшенной ударом в атмосферу, оказалось недостаточным для заметного изменения климата. Не прошло и ста лет, как в этом месте снова, будто ничего и не было, росла трава и бродили мамонты.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Образование планет (4,57 миллиарда лет назад)

Столкновение Земли с астероидом (65 миллионов лет назад)

– 45 300

Рождение магнетара

В дальнем уголке Млечного Пути, на расстоянии в сорок семь тысяч световых лет от нас в направлении созвездия Стрельца, находится большое звездное скопление, богатое массивными звездами. Однажды ядро одной из этих звезд коллапсировало – схлопнулось, превратившись в нейтронную звезду, то есть сверхплотное тело, вращающееся с огромной скоростью и сильно намагниченное. Обычно коллапс ядра звезды повышает напряженность ее магнитного поля: у пульсаров оно достигает сотни миллионов тесла. Это в тысячу миллиарда более сильное магнитное поле, чем у Земли.

В момент образования пульсар в Стрельце вращался вокруг своей оси с частотой более ста оборотов в секунду – поэтому к влиянию самого коллапса добавился эффект динамо, повысивший напряженность магнитного поля до сотни миллиарда тесла! Такой гипернамагниченный пульсар называется «магнетар». Его сверхсильное магнитное поле действует на кору нейтронной звезды, которая время от времени лопается, вызывая мощный выброс энергии магнитного поля. Эта энергия уносится гигантской вспышкой гамма-излучения.

В 2014 году европейские астрофизики показали, что звезды, превратившиеся в магнетары, изначально входили в состав очень массивных двойных звездных систем. Звезды в такой паре обращаются вокруг общего центра тяжести и связаны настолько тесно, что между ними начинается обмен веществом. Более массивная звезда отдает часть внешней оболочки своему менее массивному компаньону. Кроме того, ее влияние заставляет его вращаться все быстрее, что приводит к образованию магнитного поля высокой напряженности. Благодаря обмену веществом звезда-компаньон в свою очередь становится чрезвычайно массивной, а затем сбрасывает в окружающее пространство ранее поглощенную материю и коллапсирует в магнетар.

Магнетар в Стрельце заинтересовал астрофизиков еще в начале 1980-х годов. Из-за периодически испускаемых им импульсов гамма-излучения ученые присвоили ему обозначение SGR 1806-20 – этой аббревиатурой помечаются источники повторяющихся всплесков мягкого гамма-излучения, так называемые мягкие гамма-рипитеры. Третий из серии повторяющихся всплесков, достигший Земли 24 декабря 2004 года, был более мощным. Несмотря на то что гамма-излучение пришло от далекой звезды, оно смогло создать в земной атмосфере потенциально опасную зону на высоте всего двадцати километров – лишь чуть выше стандартной высоты полетов больших пассажирских самолетов!