Найекстравагантніший з усіх варіантів загибелі зорі — колапс ядра наднової, одне з найенергетичніших явищ у Всесвіті. Спробую віддати їй належне. Коли реакція в ядерному реакторі у надрах масивної зорі починає сходити нанівець — будь-яке паливо колись закінчується — і тиск, який він створює, зменшується, неослабна й вічна сила гравітаційного притягання перемагає.
Те, як зоря використовує паливо, — досить складний, але водночас захопливий процес. Спершу дуже масивні зорі, як і більшість інших зір, спалюють водень, утворюючи гелій. Зорі отримують енергію з ядерних реакцій, тільки не розпаду, а синтезу: чотири ядра водню (протони) за надзвичайно високої температури зливаються, утворюючи ядро гелію, і в результаті виділяється тепло. Коли водень закінчується, ядро зорі стискається (під дією гравітації), від чого температура підвищується і стає достатньою, щоб з гелію почав утворюватися вуглець. Зорі, маса яких приблизно в 10 разів більша за масу Сонця, після вигоряння вуглецю послідовно спалюють кисень, неон, силіцій, і зрештою у них формується залізне ядро.
Після кожного циклу горіння ядро стискається, його температура підвищується, і починається новий цикл. Кожен наступний цикл виробляє менше енергії і коротший за попередній. Наприклад, цикл горіння водню може тривати 10 мільйонів років (залежно від точної маси зорі) за температури 35 мільйонів кельвінів, тоді як завершальний цикл горіння силіцію може тривати лише кілька днів, а температура може сягати 3 мільярдів кельвінів. Під час кожного циклу зоря спалює більшість продуктів, утворених у попередньому циклі. Оце так повторна переробка!
Кінець настає, коли в результаті злиття силіцію утворюється залізо, ядро якого найстабільніше з усіх елементів періодичної системи. Під час злиття заліза у важчі ядра енергія не виділяється, а навпаки — поглинається, тому енергетичний реактор зупиняється. Зоря утворює дедалі більше заліза, і ядро швидко зростає.
Коли маса залізного ядра стає приблизно в 1,4 раза більшою, ніж маса Сонця, воно досягає своєрідної магічної межі, відомої як межа Чандрасекара (її так назвали на честь уславленого астронома). На цьому етапі тиск у ядрі вже не може протистояти потужній дії гравітації, і ядро стрімко стискається, що призводить до спалаху наднової.
Уявіть, як багатотисячна армія бере в облогу колись величний замок, і його мури починають руйнуватися під її натиском. (Спадають на думку батальні сцени з «Володаря перснів», коли незліченне військо орків проривається крізь мури). Ядро стискається за мілісекунди, і коли на нього падає оболонка зорі — узагалі-то, вона мчить із фантастичною швидкістю, десь у чотири рази меншою за швидкість світла, — температура всередині зростає до немислимих 100 мільярдів кельвінів, що в 10 000 разів більше за температуру ядра Сонця.
Якщо маса поодинокої зорі менша за 25 мас Сонця, але більша за його 10 мас, унаслідок колапсу ядра в її центрі з’явиться зовсім інший астрономічний об’єкт — нейтронна зоря. Поодинокі зорі з масами від восьми до десяти мас Сонця також перетворюються на нейтронні зорі, але їхня еволюція (про яку тут не йшлося) відрізняється від описаного вище сценарію.
Стискуване ядро має велику густину, електрони в ньому зливаються із протонами. Негативний заряд окремого електрона нейтралізує позитивний заряд протона, і вони об’єднуються, утворюючи нейтрон і нейтрино. Поодинокі ядра припиняють існування, зникнувши в масі так званої виродженої нейтронної матерії. (Нарешті якісь пікантні назви!) Мені подобається назва тиску, що врівноважує гравітацію, — тиск виродженого нейтронного газу. Якщо ця потенційна нейтронна зоря стає масивнішою, ніж три маси Сонця, що стається, коли маса поодинокої зорі (що називається зорею-попередником) більша за 25 мас Сонця, гравітація переважає навіть тиск виродженого газу. І що тоді, по-вашому, станеться? Спробуйте вгадати.
Правильно. Думаю, ви здогадалися. Це не що інше, як чорна діра, де матерія вже не може існувати в жодній зрозумілій нам формі, а гравітація така потужна, що звідти не може вирватися ніяке випромінювання: ні світло, ні рентгенівські промені, ні гамма-промені, ні нейтрино, нічогісінько. Еволюція зір у подвійних системах (про це говоритимемо в наступному розділі) дуже відрізняється від еволюції поодиноких зір, тому що в такій системі масивна зоря може втратити оболонку ще на ранньому етапі і маса ядра не зросте так, як у поодинокої зорі. Тоді навіть зоря, початкова маса якої в 40 разів перевищує масу Сонця, може залишитися нейтронною зорею.
Варто наголосити: немає чіткої межі, яка відділяє зорі, що утворюють нейтронні зорі, від тих, що утворюють чорні діри. Крім маси зорі-попередника, це залежить від багатьох інших чинників. Наприклад, важливе значення має обертання зорі.
Але чорні діри справді існують — це не вигадка божевільних учених і наукових фантастів — і вони надзвичайно цікаві. Вони глибоко пов’язані з рентгенівським всесвітом, і я ще до них повернуся, обіцяю. Поки що обмежуся таким: вони не тільки існують. Цілком можливо, що вони утворюють ядро будь-якої більш-менш великої галактики у Всесвіті.
Повернімося до колапсу ядра. Після утворення нейтронної зорі — не забувайте, ми говоримо про мілісекунди — зоряна матерія, що все ще мчить у її напрямку, буквально відскакує, утворюючи спрямовану назовні ударну хвилю, яка зрештою затухає, бо енергія витрачається на розпад решти ядер заліза. (Пригадайте, що під час утворення ядер заліза з легших елементів вивільняється енергія, тому розщеплення ядер заліза відбувається із поглинанням енергії). Під час колапсу ядра зорі утворюються не тільки нейтрони, але й нейтрино. Крім того, за температури ядра близько 100 мільярдів кельвінів утворюються так звані теплові нейтрино. Потік нейтрино виносить приблизно 99 відсотків (орієнтовно 1046 джоулів) енергії, що вивільняється в результаті колапсу ядра. Ще 1 відсоток (1044 джоулів) виділяється здебільшого у вигляді кінетичної енергії матерії, яку викидає зоря.
Практично позбавлені маси й нейтрально заряджені нейтрино зазвичай легко проникають крізь майже будь-яку матерію, і більшість з них залишає ядро зорі. Утім, через надзвичайно високу густину навколишньої матерії, вони передають їй приблизно 1 відсоток своєї енергії, від чого матерія розлітається на швидкості до 20 000 кілометрів за секунду. Частину цієї матерії можна спостерігати за багато тисячоліть після спалаху — це так званий залишок наднової (наприклад, Крабоподібна туманність).
Спалах наднової засліплює: на піку яскравості її світність у видимих променях становить приблизно 1035 джоулів за секунду. Це в 300 мільйонів разів більше за світність Сонця, тому коли наднова спалахує в нашій Галактиці (що стається в середньому двічі на століття), ми спостерігаємо видовище неймовірної краси. Сьогодні за допомогою автоматизованих і роботизованих телескопів астрономи щороку відкривають у великому «зоопарку» відносно близько розташованих галактик від кількох сотень до тисячі наднових.
Унаслідок колапсу ядра приблизно за одну секунду виділяється у 200 разів більше енергії, ніж Сонце виробило за останні п’ять мільярдів років, — і 99 відсотків випромінюється у вигляді нейтрино.
Саме це сталося в 1054 році, і в результаті на небі з’явилася найяскравіша за останнє тисячоліття зоря — така, що кілька тижнів її було видно навіть удень.
Справжня космічна одноденка, наднова за кілька років тьмяніє, коли газ охолоджується й розсіюється. Проте сам газ не зникає. Унаслідок спалаху 1054 року утворилася не тільки поодинока нейтронна зоря, а і Крабоподібна туманність — один із найдивовижніших небесних об’єктів, який досі змінюється, практично невичерпне джерело нових даних, надзвичайних знімків і наукових відкриттів. Дуже багато астрономічних процесів відбувається в колосальних часових масштабах, співмірних із геологічними періодами, — мільйони й мільярди років. Тому коли ми виявляємо щось, що відбувається дуже швидко, у межах секунд, хвилин чи навіть років, це особливо захоплює. Частини Крабоподібної туманності змінюють форму що кілька днів і, за даними спостережень космічного телескопа «Габбл» і рентгенівської обсерваторії «Чандра», залишок наднової SN 1987А (розташованої у Великій Магеллановій Хмарі) також змінює форму, і ми можемо спостерігати за цим процесом.
