В отличие от обычной (в указанном выше смысле) эволюции звезд на главной последовательности, где гравитационное сжатие уравновешивается термоядерными и вообще ядерными реакциями, дебюты и финалы жизни звезд приближаются к полной реализации уравнения Е = mс2, т. е. к полному превращению энергии покоя в энергию излучения. В условиях сверхвысоких давлений, при плотности, большей, чем плотность атомного ядра, при концентрации всей массы звезды в сфере радиусом несколько километров, при бесконечной (для внешнего наблюдателя) длине излучаемых волн, в этом мире коллапсирующей звезды происходят какие-то пока неясные процессы в субъядерных масштабах. Картина этих процессов не может быть нарисована, если ограничиваться специальной теорией относительности. Здесь тяготение вторгается в микромир. При колоссальной плотности вещества, при встречающихся только здесь, в коллапсирующих звездах, малых расстояниях между частицами гравитационные, т. е. ультраслабые в обычных масштабах атомной физики, взаимодействия становятся весьма интенсивными. Поэтому для понимания таких процессов необходим некоторый синтез квантовой физики микромира и общей теории относительности, т. е. современной теории тяготения.
Таким образом, конечная судьба звезд в основном зависит от их массы: звезды с массой, меньшей, чем 1,2 массы Солнца, становятся белыми карликами; звезды с массой, равной от 1,2 до 2 масс Солнца, превращаются в нейтронные звезды; звезды с массой, больше чем в два раза превышающей массу Солнца, коллапсируют и попадают в «гравитационную могилу». В процессе эволюции возможны потери оболочки, уменьшение массы и соответственное изменение конечной судьбы. Характерная особенность современной астрономии и астрофизики — тесная связь проблем звездной эволюции с проблемами эволюции галактик. Звезды образуются из межзвездного вещества, и оно же является источником пополнения звездного вещества во время катаклизмов, срывающих звездные оболочки. Но эта схема приводит к заключению об убывающем количестве межзвездного вещества в Галактике. Часть его остается в устойчивых карликах, завершающих главную последовательность, другая часть — в медленно эволюционирующих звездах, не превышающих своей массой 1,2 массы Солнца и не успевших за время существования Галактики завершить свою эволюцию. Это — перый вывод о балансе Галактики из схемы звездной эволюции. Он относится к распределению вещества между звездами и межзвездным, газом. Далее, из схемы эволюции звезд вытекает проблема генезиса тяжелых ядер. Первоначальный запас водорода постепенно расходуется на образование гелия. Из гелия образуются кислород и углерод. Но на некотором этапе дальнейшее нарастание нуклонов в ядрах приостанавливается, так как новые ядра оказываются нестабильными и распадаются раньше, чем к ним присоединяются новые нуклоны. Можно предположить, что при взрывах, которые мы называем вспышками сверхновых, положение иное. При происходящих здесь цепных реакциях появляются многочисленные нейтроны, которые захватываются ядрами до их распада. Эти ядра после захвата нейтронов становятся устойчивыми, и рост числа нуклонов, т. е. переход к более тяжелым элементам, происходит беспрепятственно вплоть до элементов, находящихся в самом конце таблицы Менделеева. При вспышках сверхновых тяжелые ядра проникают в межзвездный газ и далее, в образующиеся из него звезды второго поколения.
Вырисовывается следующая картина происхождения Галактики — событий, происходивших 10–15 млрд, лет назад. Первоначальное плазменное облако, состоявшее в основном (может быть, и полностью) из протонов и электронов, сжималось под влиянием тяготения. Конденсация первичного облака происходила неравномерно, образовывались локальные сгущения, из которых потом образовались звездные скопления, и еще меньшие сгущения в пределах этих первых сгущений — будущие звезды первого поколения. Облако стало протогалактикой. Она вращалась, это препятствовало гравитационной концентрации всей плазмы в центре, она сосредоточивалась в плоскости, перпендикулярной к оси вращения.
Современной астрономии известны явления, которые требуют для своего объяснения дальнейшего анализа эволюции Галактики. Есть основания думать, что постепенный переход от первичного протонно-электронного облака к протогалактике и затем к звездной Галактике прерывается, а может быть, начинается мощными, несравненно более мощными, чем вспышки сверхновых, взрывами в ядрах галактик. Помимо туманностей в составе нашей Галактики, обязанных вспышкам сверхновых и обладающих очень сильным радиоизлучением, существуют очень далекие от нас галактики с сильным радиоизлучением. Можно думать, что эти радиогалактики возникли из астрономических объектов, подобных тем, которые недавно открыты на границах известной нам части Вселенной. Они называются сверхзвездами, квазизвездными объектами, квазизвездами или квазарами. По красному смещению и, следовательно, по скорости удаления от нас можно определить расстояние до квазаров и, сопоставив это расстояние с видимой яркостью, оценить их светимость. Красное смещение здесь очень велико, длина волны увеличена в несколько раз. Отсюда можно заключить, что свет от квазаров, который доходит к нам сейчас, был излучен несколько миллиардов лет назад. Нынешний квазар, если он сейчас существует, можно будет увидеть па Земле через миллиарды лет, если к тому времени еще будут существовать Земля, Солнечная система в целом и наша Галактика.
Что собой представляет квазар — пока неизвестно. Светимость его, если принять во внимание наблюдаемую яркость и колоссальное расстояние, в сто раз превышает светимость самой крупной из известных нам галактик. Источником такой энергии могут быть гравитационное сжатие или термоядерные реакции (высказывались предположения о цепной реакции вспышек сверхновых, а также о взрыве образовавшегося в ядре галактики массивного газового шара — звезды, в несколько миллионов раз большей, чем Солнце).
Чем дальше от нас та или иная галактика, тем с большей скоростью она удаляется и тем больше ее красное смещение. Это уменьшает видимую яркость далеких галактик. Такое ослабление яркости в известных пределах компенсируется сооружением очень мощных телескопов оптического, инфракрасного и радиодиапазона и в будущем размещением таких телескопов на искусственных спутниках и на Луне. В более отдаленном будущем они будут расположены и на планетах земной группы, и на спутниках этих планет. Можно быть уверенными, что в течение десятилетий, отделяющих нас от 2000 г., будут открыты еще более далекие объекты, может быть более крупные и более загадочные, чем квазары.
В 1967 г. были открыты объекты, по-видимому не такие крупные и не такие далекие, как квазары, но действительно более загадочные. В 1967 г. обнаружили исходящие из одной области неба весьма правильно повторяющиеся импульсы радиоизлучения. Позже было открыто несколько десятков источников подобного излучения. Первоначальная мысль о внеземных цивилизациях была быстро оставлена, и сейчас склоняются к мысли, что пульсары (так назвали эти источники излучения) представляют собой уже известные нам нейтронные звезды, состоящие из плотно спрессованных нейтронов и обладающие плотностью, близкой к плотности атомного ядра. Краткий и весьма содержательный рассказ о пульсарах читатель найдет в статье И. С. Шкловского «Пульсары» в сборнике «Будущее науки»[91].
Далекие астрономические объекты находятся на больших расстояниях от нас, но мы изучаем их такими, какими они были миллиарды лет назад, когда они послали нам лучи, достигшие Земли сейчас. Поэтому наблюдения над квазарами могут привести к очень радикальным космогоническим выводам, к новым представлениям об эволюции Вселенной. Здесь можно видеть характерную особенность научных прогнозов. Перечисление астрономических и астрофизических проблем (эволюция звезд, нейтронные звезды, пульсары, сверхновые, коллапс, происхождение космических лучей, природа квазаров) представляет собой по существу схему прогноза на ближайшие десятилетия: мы предполагаем, что в этот период будут в какой-то мере решены проблемы, поставленные открытием сверхновых, квазаров и т. п. В современной астрофизике почти каждое обобщение, почти каждая новая концепция и почти каждый крупный результат наблюдения представляют собой не только гипотетическую констатацию, относящуюся к структуре мироздания, но тем самым и гипотетическое предположение о таком развитии астрофизики и астрономии, которое подтвердит и конкретизирует высказанную гипотезу или же заставит отказаться от нее. Поэтому перечисление проблем и гипотез в современной астрофизике и астрономии представляет собой некоторый схематический прогноз развития самой науки.
