Книга Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба - Эрик Асфог

После того как расширение красного гиганта закончится и Солнце станет белым карликом, планеты, астероиды и другие остатки внутренней Солнечной системы начнут падать на него по спирали – сначала из-за торможения в газе, а потом из-за действия приливных сил, – пока сверхплотные остатки звезды не разнесут планеты в клочья одну за другой. В конце останется диск из землеподобных материалов, в основном состоящий из сорванных мантий Земли и Венеры, который по спирали будет опускаться на разрушенную звезду. Это не просто фантазия: астрономы видят эту картину в спектроскопических показателях нескольких соседних «загрязненных белых карликов», где формирующие горные породы элементы – магний, железо, кремний, кислород – присутствуют в атмосфере звезды в количествах, соответствующих составу минералов из класса силикатов, таких как оливин. Это последнее напоминание о землеподобных планетах прошлого.

* * *

Планеты, которые формируются вокруг куда более крупных по сравнению с Солнцем звезд, ждет не такая интересная судьба. Массивные звезды горят при температуре в сотни миллионов градусов, потребляя водород, гелий, углерод, азот, кислород и кремний в ходе бурного термоядерного синтеза. Продуктами этих реакций становятся все более тяжелые элементы, пока звезда не достигает критического состояния и не взрывается как сверхновая, разбрасывая свои внутренности по округе диаметров в несколько световых лет и при этом образуя почти все тяжелые элементы. Вопрос о будущем планетной системы, которая могла сформироваться вокруг нее, превращается в риторический.

Сейчас все взоры устремлены на Бетельгейзе – яркую звезду, образующую левое плечо созвездия Ориона. От Земли ее отделяют 600 световых лет, то есть она находится не слишком далеко, но, к счастью, и не среди наших ближайших соседей. Масса Бетельгейзе в восемь раз больше солнечной, а возраст по эволюционным моделям составляет примерно 10 млн лет. В течение пары недель взрыв этой звезды по яркости будет сравним с сиянием Луны, а затем начнет тускнеть; если это не произвело на вас впечатления, то имейте в виду, что с расстояния в 1 а.е. это все равно что наблюдать взрыв водородной бомбы в соседнем дворе. На протяжении геологического времени сверхновые взрывались и гораздо ближе к Земле, облучая нашу планету и иногда приводя к массовым вымираниям на ней, но ни одна из ближайших к нам звезд сейчас взрываться не собирается. «Зона поражения» для этого типа сверхновых – от 25 до 50 световых лет, так что Бетельгейзе не представляет для нас угрозы.

Поскольку она находится относительно недалеко и имеет гигантские размеры, эта звезда – первая, которую нам удалось в деталях разглядеть в телескоп. Хотя качество изображений оставляет желать лучшего, они показывают, что Бетельгейзе представляет собой сфероид странной неправильной формы, напоминающей частично сдутый воздушный шарик, который совершает один оборот вокруг своей оси за 30 лет. Мы видим огромный плюмаж или деформацию[108], возможно вызванную глобальной тепловой неустойчивостью. Кажется, она в самом деле готова взорваться в любой момент. Но, по правде говоря, для того чтобы кто-либо из нас имел шанс увидеть свет этого события, Бетельгейзе должна была разлететься в клочья еще во времена Кеплера и Шекспира.

Первый в истории атомный взрыв, произведенный в 1945 г., был в 1030 раз слабее взрыва сверхновой. Этот снимок был сделан Гарольдом Эджертоном через 1/1000 секунды после детонации с помощью изобретенной им высокоскоростной фотокамеры с выдержкой 0,0000001 секунды. Деревья юкки позволяют оценить масштаб.

MIT Museum, Edgerton Digital Collections

Когда взрывается массивная звезда, двери ее химической кухни сносит с петель. Пепел из термоядерного очага разлетается во все стороны, так что гелий, углерод, азот, кислород, кремний, магний, железо, никель и другие продукты синтеза распространяются со скоростью сотен километров в секунду. По ходу движения эти атомные ядра, достигающие максимальной массы в 60 атомных единиц, подвергаются массированной бомбардировке потоком высокоэнергетических нейтронов (частиц, по массе равных протонам, но без электрического заряда), исходящим из коллапсирующего звездного ядра. Время от времени нейтрон, сталкиваясь с ядром атома, присоединяется к нему; в результате всего этого взрыв сверхновой сопровождается быстрым синтезом более сложных элементов, которые считаются необходимыми для существования жизни, а также многих радиоактивных. У некоторых таких изотопов период полураспада составляет всего лишь секунды, другие, такие как 60Fe и 26Al, распадаются примерно за тот миллион лет, который заняло формирование нашей протопланетной туманности, а третьи, скажем 238U, ждет долгий жизненный путь: они обеспечивают геологический подогрев на протяжении миллиардов лет[109].

Вот что произойдет, когда Бетельгейзе взорвется. За секунду ее ядро сожмется до размеров нейтронной звезды – объекта настолько плотного, что чайная ложка его вещества весит миллиард тонн, – и, возможно, станет черной дырой. В этот же момент Бетельгейзе извергнет примерно 1057 нейтрино, которые уносят энергию так быстро, что ударная волна разорвет звезду на части. Это будет напоминать взрыв атомной бомбы, но в триллионы раз сильнее. Для наблюдателей с Земли яркость Бетельгейзе будет нарастать в течение нескольких дней, пока звезда не зальет светом свой участок неба. В следующие пару недель она будет тускнеть, а затем расползется в светящуюся туманность газового облака, облучаемого компактным чудовищем в его центре.

Сверхновые бледнеют по сравнению со взрывами килоновых, которые случаются, когда две нейтронные звезды попадают в ловушку взаимного притяжения и по спирали приходят к столкновению[110]. Эти два тела уже и так немыслимо плотны – каждое имеет массу Солнца, утрамбованную в объем 10-километрового астероида, – поэтому их слияние вызывает гравитационные волны, рябь в структуре пространства и времени. Давно предсказанные гравитационные волны были впервые зафиксированы в 2015 г. с помощью стоящего миллиарды долларов прибора под названием LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, «Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория»)[111]. Позже, в 2017-м, гравитационная волна пришла с разницей в 1,7 секунды со всплеском гамма-излучения, зафиксированным совершенно другим прибором, – как удар грома и вспышка молнии.