Павел Амнуэль - Загадки для знатоков: История открытия и исследования пульсаров.

Воспользуемся опять теорией решения изобретательских задач — ведь нам нужно сделать научное изобретение. В ТРИЗ первый шаг к решению задачи заключается в формулировке так называемого ИКР — идеального конечного результата. Что должно произойти в идеальном случае? В идеальном случае выделяющаяся потенциальная энергия должна превращаться в такой вид энергии, который сам и беспрепятственно исчезал бы из звезды. Была энергия — и нет ее! А все остальное вещество и не почувствовало.

Психологическая инерция возражает — это невозможно… Но все-таки, что мешает энергии сразу исчезнуть из звезды? Мешает плотное вещество звезды, которое при коллапсе еще больше уплотняется. Энергия пробирается наружу постепенно, преодолевая слой за слоем. Мы уже говорили раньше, что тепло, выделившееся в центре Солнца, достигнет его поверхности через многие годы. При коллапсе все процессы идут быстрее, потому что температура значительно выше, но и тогда речь идет о днях, часах, но не о секундах!

Итак, помеха ясна: звезда непрозрачна для энергии. Что нужно сделать, чтобы устранить помеху?

Нужно сделать звезду прозрачной. Разве нет в природе частиц, для которых прозрачна любая звезда? Частиц, которые способны пронизать звезду и, не почувствовав этого, улететь в космос? Есть такие частицы — нейтрино!

Итак, нужно, чтобы в сжимающемся ядре звезды прошли реакции с выделением нейтрино. Нейтрино уйдут в пространство и унесут весь излишек энергии. Все 10 53эрг, не избавившись от которых мы не сможем сформировать нейтронную звезду.

Именно такое решение и описали в своей работе С. Колгейт и Р. Уайт. При катастрофическом коллапсе электроны захватываются протонами, возникают нейтроны и нейтрино. Реакция нейтронизации, мы уже говорили о ней. В сущности, мы убиваем двух зайцев. Получаем нейтроны, из которых состоит нейтронная звезда, и нейтрино, которые уносят огромную энергию. После С. Колгейта и Р. Уайта было проведено очень много расчетов катастрофического коллапса, и сейчас уже общепризнанно, что именно нейтрино и антинейтрино уносят из звезды практически всю выделившуюся гравитационную энергию. Около 10 53эрг.

Нейтрино в принципе могут унести и всю энергию без остатка. На самом же деле в процессе катастрофического сжатия наступает момент, когда даже вездесущие нейтрино не могут больше «продраться» сквозь вещество звезды. Нейтрино начинают поглощаться. Те нейтрино, которые успели покинуть звезду, уносят почти всю энергию, а те, что остались вдруг запертыми, наталкиваются на вещество ядра как на стенку, поглощаются этим веществом, передают ему свою, все еще большую энергию, и… оболочка, получив запас энергии и импульса, разлетается. Взрыв сверхновой!

Это хорошая идея. И от энергетической проблемы избавились, и взрыв сверхновой получили. Но каждую идею нужно подтверждать расчетами. Такие расчеты были в большом количестве проведены в СССР (группа В. С. Имшенника) и в США (группа Д. Арнетта). Проделана огромная работа, следствием которой стал странный вывод: взрыва не происходит. То есть оболочка, поглотив нейтрино и напитавшись энергией, конечно, разлетается, но… поглощенной энергии оказывается слишком мало, и скорость разлета получается небольшой, раз в двадцать меньше наблюдаемой. Все равно как если бы вместо взрыва гранаты лопнул воздушный шарик…

Советские ученые С. С. Герштейн, Л. Н. Иванова, В. С. Имшенник и другие в конце концов заключили, что взрыв все же можно получить, если принять: ядро коллапсирующей звезды имеет аномально большую плотность. Нереальную по нынешним представлениям: около 5 тысяч т/см 3. Чтобы получить такую плотность в ядре, советские ученые ввели еще одно допущение — коллапсирует звезда в двойной системе, да еще при условии, что на нее перетекает вещество с поверхности соседней, нормальной звезды. Возникает внешнее давление, которое и позволяет ядру коллапсирующей звезды сжаться больше, чем обычно. Но тогда получается, что сверхновые могут вспыхивать лишь в тесных двойных системах, да не в любых, а в тех, где идет процесс перетекания вещества. А как же быть с одиночными звездами?

Возникает очередное противоречие. С одной стороны, мы утверждаем, что при взрыве звезды образуется звездный остаток и выбрасывается оболочка — так говорят наблюдения. А с другой стороны, теория утверждает, что при взрыве звезда может разлететься полностью. Либо коллапсировать практически без взрыва. Либо оболочка без звездного остатка, либо звездный остаток без оболочки. А нам нужно и то и другое. Ясно, что нужно что-то менять либо в теории (так мы придем к научному изобретению), либо в интерпретации наблюдений (а это уже пахнет возможным открытием!).

Конечно, прежде всего нужно усовершенствовать теорию. При коллапсе в звезде протекают сложнейшие физические процессы. Кто станет утверждать, что расчеты учли хотя бы основные явления и эффекты, не говоря о массе побочных, которые представляются несущественными, а на деле могут оказаться важнейшими? Теория описывает явления упрощенно, чего-то в расчетах явно недостает. Например, обычно не учитываются ни вращение звезды, ни ее магнитное поле. Это действительно чрезвычайно трудно учесть — никакая ЭВМ за разумное время не рассчитает коллапс магнитной вращающейся звезды. Ясно, однако, что магнитное поле и вращение могут играть при коллапсе не второстепенную роль. Впервые об этом написал советский астрофизик Г. С. Бисноватый-Коган в 1970 году. Идея была достаточно проста. Ядро звезды сжимается, при этом его магнитное поле возрастает во много раз. Оболочка звезды падает вслед за ядром, но все же немного отстает и поэтому не может вращаться вокруг оси с такой же точно скоростью, что и ядро. А ведь ядро и оболочка связаны силовыми линиями общего для них магнитного поля! Ядро вращается быстрее оболочки, и магнитные силовые линии наматываются на него. В результате вращение ядра тормозится, а вращение оболочки ускоряется. Оболочка вращается все быстрее и быстрее. Наконец, скорость вращения оболочки становится больше скорости убегания! Мощные центробежные силы мгновенно расшвыривают оболочку — вот и взрыв. И не нужно никакого ядерного горючего. Все делают вращательная и магнитная энергии.

Нужно, однако, чтобы энергия вращения ядра передавалась в оболочку достаточно быстро. Коллапс продолжается считанные секунды, и за это время магнитное поле, играя роль посредника, должно успеть «перекачать» из ядра звезды в оболочку огромную энергию, достаточную для эффекта вспышки сверхновой.

По оценкам Г. С. Бисноватого-Когана, магнитное поле оказалось достаточно эффективным посредником. Но в 1971 году П. Р. Амнуэль, О. X. Гусейнов и Ф. К. Касумов рассчитали модель такого процесса, и оказалось, что взрыв может произойти лишь при выполнении двух условий. Первое: магнитное поле между ядром и оболочкой должно быть не дипольным, как обычно предполагалось, а направленным по радиусам. Это еще ничего, при быстром сжатии звезды силовые линии растягиваются, и магнитное поле вполне может действительно стать радиальным вместо дипольного. Второе условие более жесткое. Оболочка разлетается лишь в том случае, если звезда, еще будучи обычной, очень быстро вращалась. Это существенное ограничение. Встречаются, конечно, звезды и с очень быстрым вращением, но их немного…