В Израиле узнали, как погибают звезды

Первое в своем роде исследование, осуществленное учеными института имени Вейцмана в Реховоте и американского Университета Сан-Диего, показало, что случается со звездами, пятидесятикратно превосходящими по размеру Солнце, после их гибели.

В ходе своего исследования ученые обнаружили, что, погибая, подобные звезды сжимаются до таких размеров, что не способны испускать свет. Как следствие, они становятся невидимыми и превращаются в черные дыры.

Когда появилась возможность распознавать «умирающие» звезды (сверхновые) как невооруженным глазом, так и с помощью высокотехнологичных спутников, ученые-астрофизики начали предпринимать попытки объяснить, что происходит со звездой после ее «смерти». Совсем недавно доктор Авишай Галь-Ям с физического факультета Института Вейцмана и профессор Дуглас Леонард из Университета Сан-Диего определили массу одной гигантской звезды. Затем они произвели наблюдения за ее превращением и его последствиями.

Результаты их открытия подтвердили популярную гипотезу, согласно которой звезды, масса которых превышает массу Солнца в десятки или сотни раз, после своей «смерти» превращаются в черные дыры. Ранее такой вывод можно было сделать только на основании теории относительности, а никаких экспериментальных подтверждений этой теории не существовало.

До последнего времени никому из ученых не удавалось произвести наблюдение за такого рода звездами. Преследуя эту цель, Галь-Ям и Леонард решились на собственное исследование, воспользовавшись оборудованием обсерватории, расположенной на потухшем вулкане Маун-Кеа (Гавайские острова). Обнаружив звезду перед ее вспышкой, они высчитали ее массу, эквивалентную массе 50-100 солнц. Наблюдения показали, что со временем масса звезды стала уменьшаться. Ученые выяснили, что большая часть ядра этой звезды все время подвергается так называемому гравитационному коллапсу (сжатию протонов и электронов). Снимки, полученные в ходе эксперимента, в конце концов показали исчезновение наблюдаемой учеными звезды. Другими словами, звезда превратилась в черную дыру, причем такую плотную, что от нее даже не исходит свет.

Смерть звезды предрешена с момента ее рождения и зависит от размера звезды, а также от термоядерных реакций, которые вырабатывают энергию и поддерживают ее существование. Эти реакции происходят за счет превращения водорода в гелий или гелия в углерод при высоких температурах. Большинство звезд, в том числе и Солнце, заканчивают свое существование, сжимаясь до тех пор, пока давление электронов не уравновесит их гравитацию. Тогда размер звезды уменьшается в сотни раз, а плотность, наоборот, увеличивается. Звезда лишается источников энергии и постепенно становится невидимой. Однако у звезд, превосходящих Солнце по массе в 8 или более раз, все происходит более драматично. Ядерный синтез продолжается, водород улетучивается, превращаясь при этом в более тяжелые элементы в различных слоях звезды. Когда этот процесс доходит до момента превращения ядра звезды в железо, в силу вступает другой удивительный феномен. В условиях крайне высоких температуры и давления, ядра железа распадаются на свои составляющие: протоны и нейтроны. Должно быть, именно это заставляет ядро и слои звезды под ним попадать в гравитационный коллапс и зажигать все составляющие звезды, взрыв которой моментально перерастает во вспышку сверхновой звезды.

По словам Галь-Яма, сверхновая звезда испускает такое количество энергии за несколько дней, какое не по силам испустить Солнцу за весь период его существования, а взрыв сопровождается такой яркой вспышкой, что даже если звезда находится на расстоянии сотен световых лет от нашей планеты, ее можно увидеть на Земле при дневном свете. В то время как вспышки сверхновой озаряют Вселенную, ядро звезды подвергается гравитационному коллапсу все больше и больше. Гравитационные силы коллапса так сильны, что протоны и электроны сжимаются и образуют нейтроны. В результате этого диаметр звезды уменьшается в тысячи раз и составляет всего несколько десятков километров.

Звезды более массивные испытывают полный гравитационный коллапс. По мере сжатия протонов и электронов, сила тяжести на их поверхности возрастает настолько, что свет не может их покинуть, и такие звезды становятся практически невидимыми.