КАРТА САЙТА

Строение и жизнь Вселенной

А.В. Галанин © 2012

© Галанин А.В. Cтроение и жизнь Вселенной // Вселенная живая [Электронный ресурс] – Владивосток, 2012. Адрес доступа: http://ukhtoma.ru/universe1.htm Предисловие || 1. Структура галактик || 2. Эволюция галактик и звезд в галактиках || 3. Галактика Млечный Путь || 4. Гравитационное взаимодействие звезд и планет в Галактиках || 5. Строение и свойства Метагалактики || 6. Солнечная система (общая характеристика) || 7. Происхождение Солнечной системы || 8. Планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля || 9. Планеты земной группы: Марс, Церера – карликовая планета из Пояса Астероидов || 10. Планеты гиганты: система Юпитера || 11. Планеты гиганты: система Сатурна || 12. Планеты гиганты: система Урана || 13. Планеты гиганты: система Нептуна || 14. Облако Оорта и Пояс Койпера. Плутоноиды || 15. Экзопланеты || 16. Свободные планеты Галактики || 17. Жизнь на Земле старше Солнечной системы|| 18. Как черные дыры порождают галактики || 19. Чёрные дыры и круговорот материи во Вселенной

"Открылась бездна звезд полна.

Звездам чиста нет, бездне дна..."

М.В. Ломоносов

 

Глава 3. Наша Галактика Млечный Путь   Выйдя ночью в ясную погоду из дома, каждый может любоваться нашей Галактикой. Она видна нам с ребра как Млечный путь. Даже не имея бинокля, можно разглядеть газово-пылевые рукава Галактики и звезды разной яркости и цвета. Справа: фото с сайта: http://trasyy.livejournal.com/829302.htm   Полоса Млечного Пути проходит по созвездиям: Возничего, Персея, Кассиопеи, Ящерицы, Цефея, Лебедя, Лисички, Стрелы, Орла, Щита, Змеи, Змееносца, Стрельца, Скорпиона, Жертвенника, Наугольника, Волка, Южного Треугольника, Циркуля, Центавра, Мухи, Южного Креста, Киля, Парусов, Кормы Компаса, Большого Пса, Единорога, Малого Пса, Ориона, Близнецов и Тельца. Наиболее широкая полоса Млечного Пути в созвездии Стрельца. Именно в этом направлении находится центр Галактики. Если посмотреть на Млечный Путь в телескоп, то становится ясно, что он состоит из множества слабых звезд, сливающихся для невооруженного глаза в одно целое. Что же представляет из себя Млечный Путь в просторах Вселенной?

Центр нашей Галактики. Так в темную ночь он виден в бинокль. Темные газово-пылевые облака закрывают от нас галактическое ядро – сверхмассивную чёрную дыру, из которой выбрасываются сгустки сверхплотного вещества – малые чёрные дыры, протозвезды и протопланены, а также элементарные частицы, в том числе протоны, нейтроны и электроны, из которых образуются атомы галактического водорода. Сверхплотные тела благодаря своей сильной гравитации захватывают атомы водорода и пыль и формируют из них свои поверхностные оболочки, в том числе и атмосферы. Мощность этих атмосфер зависит от величины гравитирующей массы, выброшенной из чёрной дыры. Самые легкие из них не могут удержать легкий водород и становятся в конце концов планетами, а более тяжелые формируют мощные водородные атмосферы, в которых начинаются термоядерные реакции синтеза ядер гелия. Такие тела в конце концов становятся звездами. Фото с сайта: http://trasyy.livejournal.com/829302.html

Наша Галактика Млечный Путь – это огромная гравитационно связанная система, содержащая около 200 миллиардов звезд, тысячи гигантских облаков газа и пыли, скоплений и туманностей. Как все спиральные галактики, Млечный Путь сжат в плоскости и в профиль похож на «летающую тарелку». Наша звездная система включает в себя три различимые части: 1 – центральное ядро, которое состоит из миллиардов звезд; 2 – относительно тонкий диск из звезд, газа и пыли диаметром 100 000 световых лет и толщиной несколько тысяч световых лет; 3 – сферическое гало (корона), содержащее карликовые галактики, шаровые звездные скопления, отдельные звезды, группы звезд, пыль и газ. Кроме этого, Галактика содержит темную материю, которой гораздо больше, чем всего видимого вещества во всех диапазонах. Галактика вращается, но не равномерно всем диском. С приближением к центру угловая скорость врашения звезд вокруг центра Галактики растет. Солнечная система делает оборот вокруг центра Галактики за 180–220 миллионов лет. Распределение звезд в "теле" Галактики имеет две ярко выраженные особенности: во-первых, очень высокая концентрация звезд в галактической плоскости и совсем небольшая за ее пределами, и во-вторых, чрезвычайно большая концентрация их в центре Галактики. Так, если в окрестностях Солнца, в диске, одна звезда приходится на 16 кубических парсек, то в центре Галактики в одном кубическом парсеке находится 10 000 звезд.

В плоскости Галактики, помимо повышенной концентрации звезд, наблюдается также повышенная концентрация пыли и газа. Между центром Галактики и спиральными рукавами (ветвями) находится газовое кольцо – смесь газа и пыли, сильно излучающей в радио- и инфракрасном диапазоне. Ширина этого кольца около 6 тысяч световых лет. Расположено оно в зоне между 10 000 и 16 000 световых лет от центра. Газовое кольцо содержит миллиарды солнечных масс газа и пыли и является местом активного звездообразования. Одни астрофизики считают, что это кольцо является не кольцом, а туго сгруппировавшимися спиралями, другие настаивают на существовании этого кольца без всяких спиралей.

Изучение спиральных рукавов вызывает определенные трудности, так как молекулярный газ в спиралях распределен неравномерно, к тому же газ не очень подчиняется вращению Галактики и вносит в измерения погрешности. Тем не менее, астрофизики пришли к выводу, что Млечный Путь состоит из четырех основных спиральных рукавов. Эти ветви исходят от газового кольца и расходятся от него под углом 20 градусов. По характеру излучения пульсаров можно определить скопления масс электронов, которые естественным образом скапливаются в спиральных рукавах. Эти наблюдения подтверждают существование именно 4 спиральных рукавов. Год назад радиоастрономы обнаружили еще один спиральный рукав, очень отдаленный от центра Млечного Пути, но остается под сомнением, самостоятельный это рукав или продолжение одного из существующих. Внешние границы диска Галактики представляют собой слой атомарного водорода, который распространяется на расстояние 15 000 световых лет от крайних спиралей на периферии. Этот слой в 10 раз толще, чем в центральных областях, но во столько же раз менее плотный. Характерно, что края этого слоя изогнуты в разных направлениях на разных краях диска. Это объясняют влиянием спутников Галактики – Магеллановых облаков и карликовой галактики в созвездии Стрельца (точнее, ЗА этим созвездием, так как созвездие гораздо ближе к нам, чем карликовая галактика). На окраинах Галактики обнаружены плотные области газа размерами в несколько тысяч световых лет и с массой 10 миллионов Солнц.

У Галактики есть корона, которая содержит шаровые скопления и карликовые галактики (Большое и Малое Магеллановы облака и другие скопления). В галактической короне также имеются звезды и группы звезд. Некоторые из этих групп взаимодействуют с шаровыми скоплениями и карликовыми галактиками. Считается, что корона – это следствие "каннибализма" нашей Галактики по отношению к галактикам-спутникам. Шаровые скопления могут быть остатками бывших галактик-спутников.

Плоскость Галактики и плоскость Солнечной системы не совпадают, а находятся под углом друг к другу, и планетная система Солнца совершает оборот вокруг центра Галактики примерно за 180–220 миллионов земных лет – столько длится один галактический год. Следует отметить, что геологические эры Земли (палеозойская, мезозойская, кайнозойская и др.) совпадают по длительности с галактическими годами. При этом можно выделить сезоны галактического года – геологические периоды (каменноугольный, юрский, меловой и др.)

Млечный Путь и две небольшие галактики – его спутники: Малое и Большое Магеллановы облака. Фото с сайта: http://blog.imhonet.ru

Устройство Галактики Млечный путь. Фото с сайта: http://artefact-2007.livejournal.com/30409.html

Анализ вращения Галактики показал, что в ней есть большие массы несветящегося (неизлучающего) вещества, названного "скрытой массой", или "темным гало". Масса Галактики с учетом этой скрытой массы оценивается примерно в 10 триллионов масс Солнца. По одной из гипотез, часть скрытой массы может заключаться в коричневых карликах, в планетах газовых гигантах, занимающих промежуточное положение между звездами и планетами, и в плотных и холодных молекулярных облаках, которые имеют низкую температуру и недоступны для обычных наблюдений. Кроме того, в нашей и других галактиках есть множество тел размерами с планеты, которые не входят ни в одну из околозвездных систем и потому в телескопы не видны. Часть скрытой массы галактик может принадлежать «погасшим» звездам. По другой гипотезе, галактическое пространство (вакуум) также вносит свой вклад в количество темной материи. Скрытая масса есть не только в нашей Галактике, она есть во всех галактиках. Природа скрытой массы в галактиках остается неясной.

Проблема темного вещества в астрофизике возникла тогда, когда выяснилось, что вращение галактик (включая наш собственный Млечный путь) невозможно корректно описать, если учитывать лишь содержащуюся в них обычную видимую (светящуюся) материю. Все звезды Галактики в таком случае должны были бы разлететься и рассеяться в просторах Метагалактики. Для того, чтобы этого не произошло (а этого и не происходит) необходимо присутствие дополнительной невидимой материи, имеющей большую массу. Действие этой невидимой массы проявляется исключительно при гравитационном взаимодействии с видимой материей. При этом количество невидимой материи должно примерно в шесть раз превышать количество видимой. (Иинформация об этом опубликована в научном журнале Astrophysical Journal Letters).

Природа темного вещества во Вселенной не ясна; некоторые специалисты утверждают, что какая-нибудь простая модификация классических законов гравитации могла бы объяснить все парадоксальные наблюдения без всякой потребности в сомнительной темной материи. Как правило, в их теориях сила гравитации увеличивается с ростом космических масштабов по сравнению с той, что предсказывают теории Ньютона и Эйнштейна.

Звезды созвездия Центавра. Слева направо: Алфа и Бета Центавра. Мелкие яркие кружочки и точки – это тоже звезды нашей Галактики. Фото с сайта: http://anastassia.arscity.ru/

Сравнительные размеры звезд. Наше Солнце по сравнению со звездными гигантами выглядит едва заметной точкой. Фото с сайта: http://www.diary.ru/~RANBO/?tag=583229

Наблюдая звезды, надо всегда помнить, что их яркость зависит от нескольких факторов: размера, расстояния до них и интенсивности свечения. Менее интенсивно светящаяся звезда может быть ближе к нам и на небосводе выглядеть более яркой.

Расположение ближайших к Солнцу звезд и расстояния до них. Расстояния между самими этими звездами здесь отражены неправильно, так как перед нами двумерная проекция трехмерного пространства. А звезды расположены в трехмерном пространстве, а не на плоскости. Звезды Процион и Сириус являются двойными. Схема с сайта: http://forum.lah.ru/forum/50-1128-1 Думаю, что трактовать Главную последовательность звезд как отражение их эволюции неверно. Скорее всего, эта последовательность характеризует процессы фрагментации сверхмассивных чёрных дыр, а также интенсивность формирования водородных атмосфер звезд, которая зависит не только от массы сверхплотного фрагментария, но и от плотности газо-пылевых облаков, с которыми этот фрагментарий взаимодействовал.

Главная последовательность. Сопоставление светимостей звезд с их спектральными классами впервые было сделано в начале XX века Эйнаром Герцшпрунгом и Генри Расселом, поэтому диаграмму спектр–светимость часто называют диаграммой Герцшпрунга–Рассела. Схема с сайта: http://www.astrolab.ru

Диаграмма "спектр-светимость" показывает зависимость между температурой поверхности атмосферы звезды и ее светимостью. Большинство звезд выстраиваются вдоль некоторой линии на этой диаграмме в виде довольно узкой полосы. Вдоль этой полосы закономерно изменяется цвет звезд: красные, желтые, белые и голубые; меняются и размеры так, что большинство голубых звезд – гиганты, а красные звезды все значительно меньше Солнца. Однако размер и цвет звезд четкой зависимости друг от друга не имеют. Встречаются красные гиганты и сверхгиганты, а белые звезды могут быть и гигантами, и белыми карликами.

Классическая астрофизика считает, что звезды, которые находятся на диаграмме Герцшпрунга–Рассела в полосе главной последовательности, являются разными этапами своей эволюции. Возникнув в результате конденсации газо-пылевого облака, они проходят несколько этапов от красной звезды до нейтронной звезды, пройдя этапы желтой, белой и голубой стадий. А размер звезд зависит от размера исходного газо-пылевого облака, коллапсировавшего в звезду и ее планеты. Однако обьем звезды и ее масса – разные и не всегда прямо связанные параметры. Белые карлики маленькие, но очень массивные.

Суть моей гипотезы состоит в том, что звезды и планеты в галактиках порождаются, а точнее, выбрасываются чёрными дырами в виде сгустков (фрагментариев) сверхплотного вещества. Эти сгустки сверхплотного вещества и элементарные частицы выбрасывают ядра галактик, а точнее, чёрные дыры, находящиеся в в центре этих ядер. Это происходит, вероятно, когда в чёрных дырах нарушается равновесие между массой и энергией. Что именно нарушает процесс поглощения чёрной дырой вещества и энергии, пока неизвестно. Возможно, главной причиной является резкое возрастание угловой скорости вращения чёрной дыры. Ведь поглощая вещество, она увеличивает и свою массу, и свою кинетическую энергию, которую ей передает падающее на нее вещество.

Столь причудливые формы в нашей Галактике имеют облака из пыли и газа. Время от времени звезды, двигаясь по орбитам вокруг центра Галактики, попадают в эти облака и пополняют свои запасы термоядерного топлива (водорода), который в их мощных атмосферах превращается в гелий. В процессе этой термоядерной реакции выделяется энергия, которую звезда расточает в окружающее пространство. Фото с сайта: http://www.galaxyphoto.com/high_res/hst_pillars.jpg

Попадая в газово-пылевые облака, звезды разгораются ярче, а попадая в межрукавные пространства, где водорода меньше, звезды снижают интенсивность горения его в атмосфере, излучение их при этом снижается, такая звезда выделяет энергии в окружающее пространство значительно меньше. Возможно, поэтому звезды, которые находятся в рукавах галактик, светят гораздо ярче, чем те, которые находятся в межрукавных пространствах (смотри фотографии галактик). Фото с сайта: http://face-of-space.livejournal.com/100170.html

На этой фотографии видно, что облака из газа и пыли в Галактике движутся относительно друг друга с разными скоростями, отчего образуются фронты раздела облаков. Иначе как объяснить эти видимые струи газообразного вещества? Светлые пятнышки – это звезды, которые находятся как между нами и этими газово-пылевыми облаками (более четкие пятнышки), так и внутри этих облаков. Фото с сайта: http://3wallpapers.ru

Неоднородность (структура) этого газово-пылевого облака объясняется неоднородностью электромагнитного поля, "вмороженного" в эту туманность. Элементарные частицы, из которых состоит туманность, имеют заряды, поэтому движутся в соответствии со структурой магнитных силовых линий. Фото с сайта: http://radioheads.net/post98131689/

Вещество таких туманностей чрезвычайно разрежено. Плотность молекул в галактических облаках, например, в туманности Ориона, в 100 триллиардов раз меньше, чем плотность земного воздуха. Массу 1 миллиграмм имеет газовое облако объемом в 100 кубических километров. «Технический вакуум», создаваемый искусственно на Земле, имеет в миллион раз большую плотность, чем любая газовая туманность. Каждый атом в такой туманности может лететь миллионы километров, не опасаясь столкновения с другим атомом. Даже хвосты комет, названные за разреженность «видимым ничто», по плотности рядом с галактическими туманностями выглядят как сталь по сравнению с воздухом. Плотность газов в головах комет в тысячи раз больше плотности межзвездных туманностей.

Тем не менее, на фотографиях эти туманности выглядят весьма плотными облаками. Причиной этого являются гигантские объемы туманностей. Их поперечники измеряются световыми годами и десятками световых лет. Это означает, что если Землю уменьшить до размеров булавочной головки, то в таком масштабе туманность Ориона будет облаком величиной с земной шар! Поэтому, несмотря на ничтожную плотность составляющих ее газов, вещества туманности Ориона все же вполне хватило бы на «изготовление» нескольких сотен таких звезд, как наше Солнце. Туманность Ориона находится от нас на расстоянии в 1800 световых лет. Благодаря этому мы видим ее всю целиком.

Свечение газовых туманностей может быть вызвано тремя причинами. Во-первых, если вблизи туманности находится звезда, то туманность отражает ее свет. Во-вторых, когда такая звезда весьма горяча (с температурой поверхности большей 20 000°), атомы туманности переизлучают энергию, получаемую от звезды, и процесс свечения превращается в люминесценцию, имеющую сходство со свечением газов в рекламных трубках. Кроме того, постоянно движущиеся газовые облака могут сталкиваться друг с другом, при этом энергия столкновения атомов частично преобразуется в излучение.

Межзвездная среда за пределами туманностей в десять тысяч раз еще более разреженная, чем среда самих туманностей. Эта необычайно легкая и прозрачная среда тем не менее содержит атомы, поэтому она получила название межзвездного газа.

Туманность Шлем. Обратите внимание на ее неоднородность – на звезды, находящиеся вне туманности и внутри ее. Разные размеры звезд и разный их цвет говорят о том, что они находятся на разном расстоянии от нас, имеют разный размер и разную температуру – в одних "горит" водород (ак в нашем Солнце), в других – гелий, они перешли на следующий этап своего развития. Фото с сайта: http://good-fon.ru Размер этой туманности 150 световых лет, она удалена от нас примерно на расстояние 3000 световых лет. Это остаток сверхновой, вспыхнувшей около 100 000 лет назад. В результате этой космической катастрофы в центре туманности образовалась быстро вращающаяся нейтронная звезда, или пульсар – это все, что осталось от взорвавшейся звезды, сбросившей с себя газовую оболочку.

На этой фотографии запечатлено столкновение звезды с газово-пылевым облаком. Разумеется, это столкновение – не одномоментное явление. Звезда будет пересекать это облако много сотен (а может быть, и тысяч) наших земных лет. При этом яркость звезды увеличится за счет водорода, поглощенного из туманности. Галактические облака бывают не только отражающие и пропускающие свет. Встречаются и вот такие темные, поглощающие свет. Непрозрачная туманность похожа на дыру в небе. Но эта "дыра" на самом деле представляет собой темное молекулярное облако. Пыль и молекулярный газ, которые имеют в облаке относительно высокую концентрацию, поглощают практически весь видимый свет, исходящий от звезд. Это облако находится в созвездии Змееносца и называется Барнард 68. Оно движется в ту сторону, где граница облака более резкая. Фото с сайта: http://trasyy.livejournal.com/829302.html

В нашей Галактике в окрестностях Солнца нет таких обширных пространств со множеством цефеид, какие наблюдаются по обе стороны рукава, например, в галактике М31. Наиболее вероятным объяснением этого феномена представляется близость Солнца к зоне с радиусом коротации Галактики, в силу чего звездообразование в наших окрестностях мало зависит от слабой здесь волны плотности. Лишь наиболее слабые звезды и их скопления существуют вокруг Солнца. Цефеиды же, по-видимому, концентрируются только в отрезке рукава Киль – Стрелец, находящегося ближе к центру Галактики и дальше от радиуса коротации. Радиус зоны коротации в нашей Галактике составляет 10–12 кпк.

Встреча Солнца с волной плотности на границе рукава за пределами радиуса коротации, наверняка, оказалась бы губительной для всего живого, которое несомненно погибло бы от жесткого излучения при частых взрывах сверхновых, обычных в областях звездообразования.

 

Вспышки сверхновых и образование газо-пылевых туманностей

Давно известно, что на небе могут вспыхивать "новые звезды". За несколько суток они достигают максимального свечения, а потом медленно угасают. "Новые звезды" возникают в двойных звездных системах, где одна звезда (обычно красный карлик) теряет вещество (водород), а вторая (обычно белый карлик) его захватывает. Захваченное вещество накапливается в атмосфере белого карлика и затем взрывается. В такой системе вспышки могут происходить неоднократно, иногда через несколько десятилетий, а иногда и через миллион земных лет. "Новые звезды" на самом деле – не новые, а ярко вспыхнувшие старые, отчего они становятся видимы невооруженным глазом. Яркая вспышка не очень яркой звезды происходит от того, что в ее атмосферу резко поступает большая порция водорода: такое возможно в результате поглощения одной звездой водородной атмосферы другой. Грубо говоря, неяркая звезда вспыхивает, словно костер, в который подбросили хорошую охапку сухих ветвей.

Но иногда вспышка "новой звезды" бывает чрезвычайно яркой, ярче чем обычных новых. В результате таких сверхвспышек образуются так называемые "сверхновые". Термин "сверхновые" был введен в 30-е годы ХХ века. Вскоре оказалось, что сверхновые – это особые явления, катастрофические взрывы звезд, при которых звезды прекращают свое существование. Энергия, выделяемая при вспышках сверхновых, иногда бывает равна энергии всех звезд галактики. Сверхновые – это не звезды, а гигантские взрывные процессы, в результате которых гибнут звезды. Умирая, звезды взрываются, и их вещество рассеивается в галактике (Амнуэль, 1981).

Впервые вспышка сверхновой была зарегистрирована в 1006 г. в арабских хрониках Ибн Аль Тира и Баргебрауса и швейцарского монаха Эпидануса. Вторая вспышка произошла в 1054 г. и зарегистрирована в китайских хрониках. В 1572 году астроном Тихо де Браге наблюдал появление яркой новой звезды в созвездии Кассиопеи. Но вспыхнув, она постепенно ослабевала и перестала быть видимой через несколько месяцев. Это была сверхновая – один из последних взрывов звезд, наблюдавшихся в нашей Галактике. В отличие от некоторых других остатков сверхновых, здесь не был обнаружен горячий центральный точечный источник. Этот факт поддерживает теорию, что причиной этого взрыва звезды была быстро распространяющаяся детонация ядерного топлива, которая полностью разрушила звезду – белый карлик, находящийся на расстоянии около 7500 световых лет. Остаток сверхновой Тихо Браге имеет диаметр почти 20 световых лет.

А в 1604 г. вспышку сверхновой наблюдал Кеплер. Затем 400 лет вспышек сверхновых не наблюдали, только позднее выяснилось, что такая вспышка случилась в 1667 г., но она была за газо-пылевой туманностью, сильно поглощающей свет от этой сверхновой. Таким образом, за 1000 лет в нашей Галактике произошло всего 5 вспышек сверхновых (Амнуэль, 1981).

Впервые вспышку сверхновой в другой галактике M 31 (Туманность Андромеды) наблюдали в 1885 г. Этот объект был ярче любой другой звезды на небе, кроме Солнца, его свечение в течение короткого времени было равно суммарному свечению всех звезд Туманности Андромеды. К началу 1930-х годов было зарегистрировано более 20 вспышек сверхновых в других галактиках (Амнуэль, 1981).

Эта внутригалактическая туманность – не что иное, как сброшенная в результате взрыва сверхновой водородная атмосфера звезды. Фото с сайта: http://www.weblancer.net

Такие туманности в Галактике образуются в результате взрыва при сбросе внешних слоёв (оболочек) красных гигантов и сверхгигантов с массой 2,5 солнечных масс. Фото с сайта: http://kolyan.net/index.php?newsid=32006

На снимке справа видно, что сброс вещества при взрыве сверхновой не есть одноэтапный процесс. В противном случае столь причудливая туманность не могла бы образоваться. При первом взрыве от звезды отделилась самая легкая водородная фракция. Вслед за этим взрывом последовал второй, в результате которого образовалось желтоватое кольцо. Но и после второго взрыва звезда не успокоилась. Новые взрывы выбросили более тяжелые фракции ее атмосферы, скорее всего, гелиевые.

Взрыв звезды

Эволюция звезды.

Эту вспышку новой звезды наблюдали в 2002 г. В течение полугода диаметр пузыреобразной туманности (сброшенной атмосферы звезды) увеличился более чем в 2 раза. В центре осталась обновившаяся звезда, которая останется и после того, как образовавшаяся туманность рассеется. По сути, произошел грандиозный выброс звездой во все стороны очень большого количества раскаленной плазмы. Эта плазма ударной горячей волной с огромной скоростью прошла сквозь орбиты всех планет этой системы, наверняка отбросила все планеты на более далекие орбиты, а то и вовсе выбросила их за пределы этой планетной системы. Если на планетах была жизнь, то она погибла, моря и ледники испарились и покинули свои планеты, пополнив газо-пылевые облака Галактики кусочками водяного льда и молекул органических веществ.

Туманность Краба – это остатки атмосферы звезды после чудовищного звездного взрыва. Эта туманность "видна" во всех диапазонах длин элктромагнитных волн – от радио до гамма-лучей. Неоднородность туманности связана с неоднородностью "вмороженного" в нее электромагнитного поля, которое направляет движение частиц, имеющих электрические заряды. Фото с сайта: http://dcp.sovserv.ru

Галактическая туманность Ngc 6302 (Бабочка). Такая форма выброса в результате взрыва сверхновой, скорее всего, связана с очень быстрым вращением взорвавщейся двойной звезды. Взорвались две звезды, быстро вращавшиеся вокруг центра масс. Скорее всего, центробежные силы вращения звезд отбросили продукты взрыва в противоположных направлениях. Взрыв разбросал не только вещество, но и электромагнитное поле звезд, которое после взрыва оказалось как бы "вморожено" в образовавшуюся туманность. Фото с сайта: http://www.allfons.ru/download/10016/1366x768/

С симметрично раздутыми планетарными туманностями при объяснении их происхождения почти нет проблем. Ясно, что они образовались в результате взрыва сверхновых. Но вот при объяснении вытянутых туманностей (вроде туманности Бабочки) возникают большие проблемы. Почему при взрыве сверхновой газ стал разлетаться в противоположных направлениях? Что за силы направляют его таким образом? На мой взгляд, единственным разумным объяснением может быть такое: вытянутые туманности возникают при взрыве двойных звезд, быстро вращающихся вокруг общего центра масс. Поэтому при их одновременном взрыве их атмосферы центробежными силами отбрасываются в противоположные стороны. Однако расстояние, на котором эти звезды находятся друг от друга, настолько мало, что для нас – наблюдателей – они сливаются в один объект даже в самый мощный телескоп. При взрыве взрывные волны двух звезд сталкиваются друг с другом, отчего образуется раздел двух облаков, а туманность в целом становится похожей на рвущийся жгут. Мое предположение о механизме возникновения вытянутых планетарных туманностей – возможно, не самое лучшее, но иных лучших механизмов, объясняющих возникновение таких чудесных объектов, я пока не нашел.

Планетарная туманность Mz3 (Муравей). Фото с сайта: http://bigpicture.ru/?p=58427

Планетарная туманность Henize 3-401 – самая вытянутая из всех туманностей такого типа. Фото с сайта: http://nature.web.ru/db/simg.html?mid=1188372&n=0

Различают вспышки сверхновых двух типов. Они отличаются по динамике блеска. Вспышки второго типа в максимуме своего блеска в 5–6 раз слабее, чем сверхновые первого типа, и возникают они несколько чаше. На графиках видно, как резко нарастает яркость сверхновых в момент взрыва и как постепенно она снижается у первого типа. Кривые блеска сверхновых второго типа показывают, насколько эти взрывы бывают различны.

Сводная кривая блеска для сверхновых 1-го типа (по П.Р. Амнуэль, 1981).

Кривые блеска сверхновых 2-го типа (по П.Р. Амнуэль, 1981).

То, что остается от взорвавшейся сверхновой, начинает интенсивно излучать в радиодиапазоне, причем более интенсивно радиоволны излучают периферийные участки возникшей при взрыве туманности и так называемые филаменты – волокна, пронизывающие такую туманность. Некоторые остатки сверхновых полностью состоят из филаментов, например, волокнистая туманность в созвездии Лебедя. Эти филаменты образуются вдоль силовых линий магнитного поля. По мере расширения туманности радиоизлучение от нее ослабевает. Газ туманности начинает светиться от сопротивления межзвездной среды, которая, хотя и сильно разреженная, но все же не является абсолютным вакуумом. Межзвездная галактическая среда оказывает сопротивление расширению вешества газового облака сверхновой до его полной остановки.

По спектру излучения облака сверхновой было выяснено, что линии поглощения приходятся на водород. Но кроме водорода в филаментах туманностей есть ионизированный кислород, сера, неон. Температура газа в филаментах оказалась весьма высокой – несколько десятков тысяч градусов, а плотность – несколько сотен частиц в 1 м³.

Зависимость рентгеновской светимости от скорости осевого вращения для звезд поздних спектральных классов (по М.М. Кацовой, М.А. Лифшицу, 1986).

Зависимость рентгеновской светимости от скорости осевого вращения для звезд молодых скоплений. Видно, что скорость вращения больше у наиболее молодых звезд (по М.М. Кацовой, М.А. Лифшицу, 1986).

Температура плазмы в расширяющейся оболочке после взрыва сверхновой может быть еще больше – вплоть до миллиона градусов. Сверхновые излучают и в рентгеновском диапазоне. Предполагают, что источником рентгеновского излучения являются пульсары – очень плотные нейтронные звезды, остающиеся на месте взрыва. Пульсар – это быстро вращающаяся нейтронная звезда. Ежесекундно пульсар теряет на торможение своего вращения энергии столько же, сколько в это время теряет энергии вся расширяющаяся туманность.

Размеры нейтронной звезды, возникшей при взрыве сверхновой, совсем небольшие – около 10 км в диаметре, но при таком диаметре масса ее в 2–3 раза больше массы Солнца. Чтобы вырваться с поверхности такой звезды, надо иметь скорость порядка 100 000 км/сек. Считается, что нейтронная звезда образуется при сжатии ядра обычной звезды. Но это плохо увязывается с количеством энергии, выброшенной в момент взрыва сверхновой и излучившейся в окружающее пространство. В действительности же энергии при взрыве должно выделиться значительно больше, чем ее выделяется на самом деле.

Думаю, что пульсары – это и есть ядра взорвавшихся звезд. Они имеют сверхплотность, которую когда-то получили в момент фрагментации чёрной дыры, с этой плотностью они были выброшены из чёрной дыры. Водород, гелий, пыль они насобирали в галактических облаках и в конце концов вспыхнули яркими звездами. Это подтверждается тем, что много таких рентгеновских источников обнаружено именно в центре нашей Галактики, а также в галактической плоскости. Вокруг большинства пульсаров никаких сверхновых не обнаружено.

Изменение полного поглощения в инфракрасной линии нейтрального гелия для Канеллы (двойной звезды ) на протяжении 20 лет (по М.М. Кацовой, М.А. Лифшицу, 1986).

Характеристики звездного ветра и скорость потери массы для различных звезд (по М.М. Кацовой, М.А. Лифшицу, 1986).

 

Звезда начинает свою жизнь, когда начинается термоядерная реакция объединения ядер водорода, в результате чего получаются ядра гелия, а часть исходной массы выделяется в виде энергии. Эта реакция идет тем интенсивнее, чем больше звезда, чем больше давление и температура на границе ее ядра и водородной атмосферы. Постепенно количество гелия в атмосфере звезды накапливается, он образует слой на дне атмосферы звезды как более тяжелый газ. Наконец давление и температура в слое гелия становятся такими, что начинается другая термоядерная реакция, при которой ядра гелия объединяются и образуются ядра углерода. Энергии при этом выделяется гораздо больше, чем при термоядерном горении водорода. В результате происходит нагревание газовой оболочки, водородная часть атмосферы при этом расширяется, и звезда многократно увеличивает свои размеры, превращаясь в красного гиганта. Например, размер нашего Солнца в состоянии красного гиганта достиг бы орбиты Марса, при этом Меркурий, Венера и Земля с Луной оказались бы внутри этого красного гиганта.

Постепенно газовая, в основном водородная, часть атмосферы красного гиганта рассеивается в пространстве, а в его центре рождается гелиевая звезда. Постепенно гелий "выгорает", и звезда начинает сжиматься, превращаясь в сверхплотную нейтронную звезду – в белого карлика. При массе такой коллапсирующей звезды больше 1,2 массы Солнца происходит его катастрофическое сжатие. При этом протоны начинают объединяться с электронами и превращаться в нейтроны. В результате такого соединения выделяются нейтрино и уносят с собой выделившуюся энергию в космическое пространство. А нейтронная звезда продолжает терять энергию и сжиматься, постепенно превращаясь в чёрную дыру.

Вполне возможно, что взрыв сверхновой связан с превращением ядра обычной звезды в релятивистский объект – чёрную дыру. Но в общепринятой теории формирования и эволюции звезд из газо-пылевых галактических облаков утверждается, что звезда получает водород этого облака и потом его расходует на термоядерное горение, выбрасывая при этом кванты излучения и плазму, т.е. постоянно теряет материю. При этом ее масса должна постепенно уменьшаться. Тогда откуда же берется масса, которая во время взрыва сверхновой коллапсирует в чёрную дыру? Решить эту загадку можно только признав, что масса звезды не остается постоянной, а зависит от того количества газа и пыли, которые она собрала в результате своей гравитации в рукавах и облаках Галактики, и от того, насколько меньше приобретенного она рассеяла в результате своего свечения и взрыва.

 

Так астрофизики представляют возникновение сверхновой. Схема с сайта: http://www.lotterypost.com

Характеристики сверхновых звёзд   Параметры Сверхновые звёзды 1 типа Сверхновые звёзды 11 типа Масса выброшенной оболочки (в массах Солнца) 0,1–0,5 около 1 Скорость расширения в максимуме блеска, км/сек 10–20 тыс. 5–15 тыс. Температура в максимуме блеска, К 15–20 тыс. 10–15 тыс. Полная энергия излучения, эрг 10 в 49 степени 3х10 в 48 степени Кинетическая энергия оболочки, эрг 10 в 50 степени 2х10 в 50 степени 1 эрг =10-7 дж. Взрывается не ядро звезды, а вещество в её атмосфере. Наблюдения показывают, что вещество выбрасывается последовательно, сферическими слоями. Каждый последующий слой догоняет предыдущий, и горячее предыдущего. Новая звезда светится, как сотни тысяч Солнц, а по истечении некоторого времени возвращается к прежней светимости. Сверхновая светится, как десять миллиардов Солнц – так же, как светит целая галактика. В зависимости от того, присутствуют ли в спектре сверхновой звезды линии водорода, их делят на два подтипа: Ia и Ib. Тип Ia, не содержащий водорода, важен для космологических исследований, так как звёзды этого типа являются отличными стандартными свечами: их взрыв всегда протекает одинаково с огромной точностью. Такие сверхновые возникают в двойных системах. Одна из двух звёзд отдает своё вещество соседу, и тот в конце концов взрывается от "пересыщения", а от донора в конце концов остается только вырожденное ядро – белый карлик с массой Солнца. Сверхновые II типа взрываются в основном в спиральных галактиках, а I типа – и в спиральных, и в элиптических. Это связано с тем, что звёзды II типа относительно молодые, и взрываются чаще в молодых спиральных галактиках, а I типа, бывшие белые карлики — и в молодых, и в старых, элиптических. Примерно каждая сотая звезда заканчивает свою жизнь как сверхновая. В одной галактике взрывается несколько сверхновых за тысячелетие.

Впервые свидетельства гибели планеты, поглощенной стареющей звездой, увидела международная группа астрономов. По сообщению innovanews.ru, звезда BD+48 740 во время расширения и превращения в красный гигант поглотила свою планету. При этом другая планета в этой системе изменила свою орбиту из-за разрушения и поглощения планеты. Отмечается, что повышение температуры вблизи ядер красных гигантов способствует процессу расширения их водородной атмосферы, которое приводит к разрушению близлежащих планет. Через 5 млрд. лет, как считает Алекс Волцзан, подобное превращение в красного гиганта ждет и наше Солнце (http://kp.ua/daily/230812/353051/).

Заканчивая главу о нашей Галактике, хочу обратить внимание на то, что наша Солнечная система, планета Земля в ней и мы на планете являемся жителями огромной гравитационной системы, которой можем любоваться каждую ясную ночь. Я бы сказал, что наш дом – это Галактика Млечный Путь. Но что это значит для нас? В "нашем доме" постоянно происходят какие-то события – рождаются новые звезды и умирают старые, планеты, попав в газо-пылевые облака, становятся звездами, а звезды в межрукавных пространствах постепенно гаснут, не пополняя свои атмосферы водородом. Многие звезды и планеты объединяются в гравитационные системы и кружатся вокруг друг друга – водят космические хороводы.

Но как же мало мы знаем о нашем доме! Мы даже на небо перестали смотреть, а в школе даже перестали изучать астрономию. Ой, не к добру все это! Боюсь, как бы снова не запылали костры инквизиции на главных площадях наших столиц, а на этих кострах религиозные фанатики не начали сжигать астрономов и астрофизиков...

---

При написании данной странички была также использована информация с сайтов:

1. Ю. Н. Ефремов // "Земля и Вселенная", N3 за 1984 г. Адрес доступа: http://www.astrogalaxy.ru/160.html

2. http://www.modcos.com/articles.php?id=36

3. Характеристики сверхновых звёзд. Адрес доступа: http://slovari.yandex.ru/

4. http://www.astrogalaxy.ru: картинки и фотографии http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0345.jpg; http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0633.jpg; http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0635.jpg; http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0636.jpg; http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0637.jpg; http://www.astrogalaxy.ru/foto001/foto0641.jpg