Олег Фейгин - Принцип апокалипсиса: сценарии конца света

При наблюдении звезд в телескоп или сильный бинокль видно, что многие из них, кажущиеся одиночными, распадаются на пары и даже маленькие группы. Двойные звезды кружатся друг вокруг друга, удерживаемые силами тяготения. Чаще всего они происходят из одного протозвездного облака; бывают и пары, образовавшиеся в результате захвата одной звезды другой при тесном сближении – особенно часто это должно происходить в гуще шаровых скоплений и центральных областях галактик. Изучение двойных систем очень важно для всей звездной астрофизики, поскольку именно в них можно определять важнейшие параметры звезд.

Кажется неоспоримым, что жизненные коллизии взаимодействующих двойных звезд гораздо интереснее существования одинокой звезды. Но почему бы не поговорить о тройных, четверных и т. д. системах? Оказывается, что создать систему, в которой друг с другом взаимодействовали бы три звезды или более, очень нелегко: система будет гравитационно неустойчива, и звезды будут напоминать шарики на игольном острие. Малейшее колебание поля тяготения столкнет их, и они будут выброшены в дальнее космическое пространство: расстояние между компонентами станет настолько велико, что всякое взаимодействие прекратится. При определенных условиях могут проявить устойчивость лишь «трехкратные» и «четырехкратные» системы, причем в последних соседствуют как бы две пары.

Вообще говоря, тесная взаимодействующая пара сама по себе очень напоминает составную «парную звезду». Поэтому теоретически можно представить и многокомпонентную звездную семью, где каждая компонента сама по себе может быть тесной двойной системой. В этом случае тесные внутренние пары притягивают друг друга почти как точечные тела, и система оказывается устойчивой.

Вспомним общие черты эволюции одиночных звезд при смене их источников энергии. Сначала за счет гравитационной неустойчивости из межзвездной среды конденсируется протозвездное облако. Оно уплотняется, температура в его центре растет и, наконец, становится такой высокой, что в центре облака, теперь уже ставшего звездой, загорается водород. Водород после цепочки реакций превращается в гелий. В этом состоянии звезда проводит почти всю свою жизнь. После исчерпания водорода в центре звезды она попадает в разряд красных гигантов или сверхгигантов. Затем водородное топливо сменяется гелием, и далее начинаются превращения все более тяжелых элементов, вплоть до железа. В конце концов, в зависимости от массы, звезда превратится в нейтронную звезду или белый карлик. Есть тут и другие варианты, но мы их рассмотрим позже, когда будем описывать Эпоху черных дыр.

Теперь вернемся к нашим тесным звездным парам и попытаемся ответить на вопрос: где заканчивается Солнечная система? Чаще всего можно услышать ответ, что граница нашего космического дома лежит где-то за облаком Оорта, но с точки зрения астрономии это звучит совершенно неправильно. Ученые считают, что она располагается там, где притяжение Солнца сравнивается с притяжением ближайших звезд. Получается, что вокруг Солнца существует некоторая область, в которой преобладает именно его притяжение. Такая же «область доминирующего влияния» есть и у каждой звезды в двойной системе. Из-за взаимного влияния близкие звездные соседки могут принять необычную форму груши или веретена.

Эпоху распада звездных систем можно еще назвать и Эрой нейтронных звезд и белых карликов. Эти удивительные небесные тела постепенно заполонят галактические просторы и вплотную приблизятся к остаткам Солнечной системы. Значит ли это, что в очень отдаленном будущем Эпохи распада Солнце войдет в бинарную систему с нейтронной звездой?

Вначале зададимся вопросом, сколько же всего одиночных нейтронных звезд расположено в близкой окрестности нашего Солнца? По различным оценкам их число составляет несколько тысяч. Но почему мы их не видим? Это связано с тем, что светимость таких рентгеновских источников невелика. В плотном же газопылевом облаке светимость изолированной звезды может возрасти в несколько раз. В этом случае необходимо учесть, что излучение будет зависеть не только от внутренних параметров межзвездной среды и нейтронной звезды, но от их относительной скорости, так как светимость будет обратно пропорциональна ее кубу. Обычно из-за асимметрии взрыва сверхновой нейтронные звезды в среднем обладают очень большими скоростями; кроме того, при разрушении звездной пары в момент взрыва сверхновой у новорожденной нейтронной звезды остается еще и орбитальная скорость. Это явление астрономы называют « эффектом пращи».

Как видно, резкое повышение концентрации нейтронных звезд, да еще и летящих с космическими скоростями, существенно повышает шансы встречи с ними в Эпоху распада. Правда, кроме нейтронных звезд, умирающие светила оставляют после себя и белых карликов. Причем существенная доля этих тел через миллиард миллиардов лет будет входить в те или иные звездные системы.

Обычно системы, содержащие белые карлики, проявляют вспышечную активность, в них происходят взрывы, катаклизмы. Поэтому их и назвали катаклизмическими. К ним относятся новые, повторные новые, карликовые новые и некоторые другие типы систем. Вспышка новой всегда является колоссальным астрономическим событием, при котором блеск звезды возрастает в десятки раз. Такие системы состоят из красного карлика в виде обычной звезды главной последовательности вроде нашего Солнца или даже меньшей массы и белого карлика. Их орбита чрезвычайно мала (около солнечного радиуса), благодаря чему становятся возможными процессы интенсивного взаимодействия между данными небольшими звездами. К повторным новым относят системы с периодичностью повторения вспышек раз в несколько десятков лет и возрастанием блеска примерно в два десятка раз. И, наконец, к карликовым новым относят системы с периодичностью вспышек около ста дней и возрастанием блеска примерно в десять раз.

После успешных запусков нескольких поколений орбитальных телескопов, исследующих рентгеновские источники, астрофизики во многом разобрались с их механизмами действия. Для наглядности представим себе физическую модель, в которой основная часть энергии уносится жесткими квантами электромагнитного излучения. В ней нейтронные звезды и белые карлики выглядят как сверхглубокие гравитационные шахты, в которых падающее вещество разгоняется до громадных скоростей полем тяготения, а затем по достижению дна резко тормозится, испуская свою энергию в виде потоков рентгеновских лучей.

Таким образом, мы видим, что в Эпоху распада, когда начнут массово гаснуть светила последних звездных поколений, просторы метагалактики заполнят системы небесных объектов, воспринимаемых сегодня как своеобразная астрономическая экзотика. Прежде всего, это будут рентгеновские пульсары и маломассивные двойные источники. При этом подавляющее большинство рентгеновских источников, скорее всего, будет входить в различные системы с участием белых карликов.