Сверхновые, похожие друг на друга


Вслед за В. Бааде и Ф. Цвикки мы могли бы связать вспышки всех сверхновых с образованием нейтронных звезд (а возможно, и черных дыр). Теория звездной эволюции говорит о том, что предки нейтронных звезд — массивные звезды.
Астрономы давно обратили внимание на такой парадоксальный факт: сверхновые часто вспыхивают в так называемых эллиптических галактиках, где массивных звезд нет вообще. Разрешить это противоречие можно, лишь предположив, что взрываются не одиночные, а двойные звезды. Сверхновые, вспыхивающие в эллиптических галактиках, обладают интересным свойством — они очень похожи друг на друга. Это обстоятельство даже позволило выделить их в отдельный класс — сверхновые I типа. Для них характерно быстрое спадание блеска после максимума. В течение



нескольких недель блеск падает примерно вб-8 раз, после чего идет более медленный, линейный спад в течение сотен дней.
Часто выделяют еще сверхновые II типа. Кривые блеска этих вспышек после максимума выходят на постоянный уровень, который длится несколько месяцев, и лишь по-
i
том блеск начинает резко уменьшаться. Сверхновые II типа более разнообразны, но объединяет их то, что они вспыхивают только в спиральных галактиках. Причем, как правило, внутри спиральных рукавов, где много массивных короткоживущих звезд. Сверхновые II типа — результат коллапса массивных звезд.
Вспышки сверхновых I типа также бывают в спиральных галактиках. Но они не концентрируются к спиральным рукавам. В общем, статистика показывает, что I тип как-то связан со звездами малых масс.
В 1963 году французский астрофизик Эрвин Шацман обратил внимание на то, что в системах малых масс белые карлики могут коллапсировать из-за аккреции на них вещества, истекающего с соседней звезды. Белый карлик, имея вначале массу существенно ниже чандрасекаровского предела, может увеличить ее до этого предела, после чего он теряет устойчивость и начинает коллапсировать. Как проходит такой коллапс? Расчеты показывают, что при сжатии белого карлика, состоящего из гелия или углерода, в центре
Сверхновые, похожие друг на друга
его сильно повышается температура. Повышается настолько, что происходит ядерный взрыв, сопровождающийся полным разлетом белого карлика. Становится понятно, почему вспышки сверхновых I типа так похожи друг на друга. Ведь всегда взрываются звезды одинаковой массы, а именно равной чандрасекаровскому пределу.
Остроумно в этой схеме объясняется и кривая блеска сверхновой I типа. При ядерном горении белого карлика образуются в большом количестве изотопы никеля 56Ni. Этот изотоп радиоактивен — он самопроизвольно распадает- ся и образует изотоп кобальта Со, который, в свою очередь, превращается в железо Fe:

Период полураспада никеля (время, за которое число радиоактивных атомов уменьшается вдвое) равен 6,1 дня, а кобальта — 77 дней. Энергия распада кобальта уносится электронами, которые затем излучают ее, создавая свечение разлетающегося во все стороны остатка сверхновой. Распад никеля и кобальта приводит к наблюдаемой кривой блеска.
В то же время белые карлики, состоящие из более тяжелых элементов (углеродно-кислородно-магниевые, см. рис. 39), не разлетаются полностью, а рождают нейтронные звезды.
Таким образом, механизм Шацмана — это еще один «контрабандный путь» образования нейтронных звезд в системах малой массы. Как и неконсервативный сценарий Э. Ван ден Хёвела, он может привести к возникновению рентгеновских систем малых масс.
Возникает вопрос, не являются ли новые, новоподобные, системы типа U Близнецов и поляры системами, находящимися на пути к взрыву сверхновой? Ведь именно в этих системах идет аккреция на белые карлики. Будущее покажет. Однако похоже, что только часть этих систем дает сверхновые. Рентгеновские барстеры
Совершенно новый тип рентгеновских источников был открыт американским астрофизиком Джорджем Гриндлеем и его коллегами в 1975 году. Ранее неизвестный источник каждые несколько часов посылал короткие (продолжительностью 100 секунд) вспышки мягкого рентгеновского излучения (рис. 78). Вспышка — по-английски “burst”. Отсюда название — барстер.
Между вспышками излучение не исчезало полностью, но имело гораздо более жесткий спектр. Когда начали искать оптический «двойник», оказалось, что рентгеновский источник расположен в направлении на шаровое скопление.
Шаровое скопление — особый вид звездного населения галактики, отличающийся очень высокой плотностью звезд. В среднем шаровом скоплении, имеющем размеры порядка одного светового года, содержится до миллиона звезд. Вне шаровых скоплений в Галактике на объем, в 100 раз больший, приходится всего одна звезда.
Вскоре были обнаружены барстеры еще в нескольких шаровых скоплениях. Использовав расстояния до шаровых скоплений, удалось оценить энергетику барстеров. Во время вспышек их светимость в 30 000 раз больше светимости Солнца. Между вспышками светимость падает до постоянного уровня в несколько тысяч светимостей Солнца. В на-

Рис. 78. Запись рентгеновского излучения барстера


стоящее время известно около 20 таких источников, часть из которых не связана с шаровыми скоплениями.
Принцип «работы» барстеров разгадала итальянский астрофизик Лаура Мараски. Она обратила внимание на то, что полная энергия излучения между вспышками примерно в 100 раз больше энергии, излучаемой во время вспышек. Это магическое число было характерно для многих барстеров.
Оно и послужило ключом к разгадке тайны.
Представьте себе, что вы имеете две тепловые электростанции с разными КПД. При сжигании одного и того же количества топлива на обеих станциях отношение даваемой электроэнергии попросту равно отношению их КПД. Число 100 примерно равно отношению эффективности аккреции на нейтронную звезду к эффективности термоядерных реакций.
Принцип «работы» барстера тот же, что и у повторных новых, только белый карлик нужно заменить нейтронной звездой. Между вспышками идет квазистационарная аккреция на нейтронную звезду. Следствием ее является жесткое рентгеновское излучение — «фон». На поверхность нейтронной звезды падают еще не перегоревшие водород и гелий с соседней компоненты. Когда температура и плотность в поверхностном слое достигают критических значений, начинаются взрывные термоядерные реакции и почти все выпавшее между вспышками вещество за сотню секунд перегорает в более тяжелые элементы. Взрыв сопровождается возрастанием потока рентгеновского излучения. Горение идет у основания слоя, так что выходящее излучение «термолизуется», приобретая чернотельный спектр с температурой, соответству- ющей температуре оболочки (менее 10 К).
Так как поверхность нейтронной звезды примерно в миллион раз меньше, чем белого карлика, то плотность и температура, необходимые для взрыва, достигаются гораздо быстрее, чем на белом карлике. Поэтому «повторные новые» на нейтронных звездах вспыхивают не раз в 100 лет, а раз в несколько часов.

Но возникает несколько вопросов. Прежде всего, почему барстеры не бывают рентгеновскими пульсарами и почему рентгеновские пульсары — не барстеры? Ответ на этот вопрос кроется в гигантских различиях магнитных полей рентгеновских пульсаров и барстеров. На рентгеновских пульсарах напряженность магнитного поля достигает 1012-1013 Гс. Вследствие этого вещество выпадает не на всю поверхность, а только на 1 % ее вблизи магнитных полюсов.
При одинаковых темпах аккреции температура и плотность вещества у рентгеновского пульсара значительно выше, чем у барстера, и, по-видимому, выше, чем критические значения, необходимые для загорания термоядерных реакций. В результате вещество перегорает по ходу, не взрываясь, а так как эффективность термоядерных реакций в 100 раз меньше «КПД» аккреции, то на фоне аккреции светимость термоядерных реакций незаметна.
Магнитные поля барстеров в десятки тысяч раз слабее. Магнитосфера барстера прижата к поверхности нейтронной звезды, и вещество выпадает изотропно. Поэтому барстер — не пульсар. На самом деле даже столь слабое магнитное поле может влиять на однородность излучения, и у барстеров должно наблюдаться слабенькое «подрагивание» рентгеновского потока с периодом, равным периоду вращения нейтронной звезды. По-видимому, такое явление будет обнаружено в недалеком будущем. Теория предсказывает, что барстеры должны вращаться очень быстро, с периодами в несколько тысячных или сотых долей секунды. Это ясно — аккрецируемое вещество ускоряет нейтронную звезду, а слабое магнитное поле практически не препятствует быстрому вращению.
Вторая загадка барстеров состоит в том, что долгое время никак не удавалось доказать их двойственность. Среди барстеров не наблюдали затменных систем. Этот статистический парадокс получил следующее естественное объяснение. Представьте себе, что барстер — это двойная система, где в паре с нейтронной звездой находится очень легкая,

в десятки раз меньшая по массе нормальная звезда. Даже заполняя свою полость Роша, она по размерам значительно меньше размеров двойной (см. рис. 79). Ясно, что вероятность затмений рентгеновского источника маленькой звездой невелика. В среднем одна затменная система должна приходиться на десять незатменных. В 1982 году одна такая система была найдена. Период этой системы всего 50 минут — чуть продолжительнее школьного урока!
Как удалось доказать, что барстер — это нейтронная звезда? Мы уже отмечали, что во время вспышек спектр рентгеновского излучения близок к спектру черного тела, т. е. он подчиняется закону Стефана—Больцмана. Определив температуру и светимость, можно найти площадь, а следовательно, и радиус излучающей звезды. Он оказался равен примерно 10 км, что и предсказывает теория нейтронных звезд.

Как образуются такие системы? Есть два пути: либо неконсервативный сценарий Ван ден Хёвела, либо механизм Шацмана. Какой механизм выбрать? Данные наблюдений предъявляют очень специфические требования. Необходимо отметить следующий удивительный факт (это уже третья особенность барстеров): примерно половина рентгеновских барстеров сосредоточена в шаровых скоплениях, где нахо-



Рис* 79* Перетекание в двойной системе рентгеновского барстера

дится всего Viooo часть звезд всей Галактики. Почему шаровые скопления и вся остальная Галактика так несправедливо разделили между собой барстеры?
Оба известных сценария появления нейтронных звезд в карликовых системах, кажется, не дают такой диспропорции. Поэтому был предложен третий путь — случайный захват красного карлика нейтронной звездой. Вероятность захвата пропорциональна квадрату плотности звезд. В шаровых скоплениях плотность в сотни миллионов раз выше, поэтому барстеры только там и образуются. А барстеры вне шаровых скоплений могли быть выброшены из них. Не исключено, что часть барстеров вне шаровых скоплений образовалась под действием механизма Шацмана или по сценарию Ван ден Хёвела. 
<< | >>
Источник: Ляпунов Владимир Михайлович. В мире двойных звезд. 2009

Еще по теме Сверхновые, похожие друг на друга:

  1. 1.2. Общение как восприятие людьми друг друга
  2. 7. Шесть эпистемологических дисциплин, разворачивающихся друг друга
  3. Двенадцатое правило Проверяйте, правильно ли вы понимаете друг друга
  4. О ТОМ, ЧТО ОСОБИ ОДНОГО И ТОГО ЖЕ ВИДА ДЕЙСТВУЮТ ТЕМ ЕДИНООБРАЗНЕЕ, ЧЕМ МЕНЬШЕ ОНИ СТАРАЮТСЯ ПОДРАЖАТЬ ДРУГ ДРУГУ, И ЧТО, СЛЕДОВАТЕЛЬНО, ЛЮДИ ТАК ОТЛИЧАЮТСЯ ДРУГ ОТ ДРУГА ЛИШЬ ПОТОМУ, ЧТО ИЗ ВСЕХ ЖИВОТНЫХ ОНИ БОЛЕЕ ВСЕГО СКЛОННЫ К ПОДРАЖАНИЮ
  5. РАЗДЕЛ 0. У БАРБОСА ЕСТЬ ВОПРОСЫ. Товары заменяют или дополняют друг друга. Как это влияет на спрос?
  6. Сигналы тех, кто похож
  7. Хоть брови-то должны быть похожи!
  8. ЧАСТИНА ДРУГА РЕЧОВЕ ПРАВО
  9. РАЗДЕЛ 0. У БАРБОСА ЕСТЬ ВОПРОСЫ. Можно ли считать потребление и производство в чем-то похожими?
  10. Мой друг Дохтуров
  11.    Прежний друг – злейший враг
  12. 5.1. ДРУГ МОЙ ЗЕРКАЛЬЦЕ. СКАЖИ!
  13. Язык: мой друг или враг?
  14. Как представлять людей друг другу
  15. 2. Смерть есть друг и враг. Решение у ап. Павла
  16. Догматика и мораль, вера и любовь противоречат друг другу в христианстве.
  17. "О друг мой, Аркадий Николаич, не говори красивот, или Цветы красноречия
  18. О ПРИТЯЗАНИИ ЗЛОГО ПРИНЦИПАНА ГОСПОДСТВО НАД ЧЕЛОВЕКОМИ О БОРЬБЕ ОБОИХ ПРИНЦИПОВ ДРУГ С ДРУГОМ
  19. ЧЕЛОВЕК ПО СВОЕЙ ПРИРОДЕ ДОБР. ДОБРО И ЗЛО ОТНОСЯТСЯ ДРУГ К ДРУГУ КАК НОРМА И ПАТОЛОГИЯ
  20. КНИГА ПЯТАЯ КАК ПРЕДПОЛОЖЕНИЯ И АНАЛОГИЯ, С ОДНОЙ СТОРОНЫ, И ОЧЕВИДНОСТЬ ФАКТА И ОЧЕВИДНОСТЬ РАЗУМА - С ДРУГОЙ, СОДЕЙСТВУЮТ ДРУГ ДРУГУ, ИЛИ В РЕЗУЛЬТАТЕ КАКОГО РЯДА ПРЕДПОЛОЖЕНИЙ, НАБЛЮДЕНИЙ, АНАЛОГИЙ И РАССУЖДЕНИЙ БЫЛО ОТКРЫТО ДВИЖЕНИЕ ЗЕМЛИ, ЕЕ ФОРМА, ОРБИТА И Т. Д.