Три нейтринні обсерваторії на Землі зафіксували одночасні спалахи нейтринного випромінювання наднової SN 1987А, світло від якої досягло нас 23 лютого 1987 року. Нейтрино так складно виявити, що згадані три телескопи протягом 13 секунд помітили тільки 25 із приблизно 300 трильйонів (3 · 1014) нейтрино, які за ці 13 секунд пролилися на кожен квадратний метр поверхні Землі, оберненої до наднової. Унаслідок спалаху наднової було викинуто орієнтовно 1058 нейтрино, майже немислиму кількість, але зважаючи на велику відстань від Землі (приблизно 170 000 світлових років), до нас долетіло «лише» 4 ∙ 1028 нейтрино, тобто на 30 порядків менше. Більше ніж 99,9999999 відсотка просто пройшло крізь нашу планету; щоб зупинити приблизно половину нейтрино, знадобився б шар свинцю завтовшки світловий рік (1013 кілометрів).
Приблизно 20 000 років тому попередник наднової SN 1987A скинув газову оболонку, внаслідок чого навколо зорі утворилися кільця, які вперше помітили приблизно через вісім місяців після спалаху наднової. Швидкість викинутого газу була порівняно невисока — лише 8 кілометрів за секунду, але за роки оболонка віддалилася приблизно на дві третини світлового року — вісім світлових місяців.
Отже, наднова вибухнула, і за вісім місяців ультрафіолетове світло від вибуху (що рухалося, звісно, зі швидкістю світла) наздогнало кільце матерії і, так би мовити, запалило його, і кільце почало випромінювати видиме світло. У вклейці ви можете побачити знімок SN 1987A.
Але є ще дещо цікавеньке, і воно пов’язане з рентгенівським випромінюванням. Газ, який викинула наднова під час спалаху, рухався зі швидкістю близько 20 000 кілометрів за секунду, тобто лише в 15 разів повільніше за швидкість світла. Знаючи, на якій відстані перебувало кільце, ми також можемо передбачити приблизний час, коли викинута із зорі речовина зіткнеться з ним; сталося це трохи більше ніж через 11 років, і в результаті утворилося рентгенівське випромінювання. Звісно, не можна забувати, що хоч ми й говоримо про це так, наче все відбувалося в останні кілька десятиліть, бо наднова SN 1987A розташована у Великій Магеллановій Хмарі, насправді це сталося приблизно 170 000 років тому.
На сьогодні в залишку наднової SN 1987A не вдалося виявити жодної нейтронної зорі. На думку деяких астрофізиків, під час колапсу ядра після утворення нейтронної зорі сформувалася чорна діра. У 1990 році я побився об заклад зі Стеном Вузлі з Каліфорнійського університету (Санта-Круз), одним із найкращих у світі експертів з наднових, чи знайдуть нейтронну зорю впродовж наступних п’яти років. Я програв 100 баксів.
Ці дивовижні явища викликають інші вражаючі ефекти. У розжареній топці наднової відбуваються реакції ядерного синтезу вищого порядку, в яких утворюються набагато важчі за залізо елементи. Урешті-решт вони потрапляють у газові хмари, які потім можуть зливатися та стискатися, формуючи нові зорі й планети. Ми всі, і люди, і тварини, складаємося з елементів, сформованих у надрах зір. Якби не ці зоряні пічки й приголомшливо потужні спалахи, починаючи з Великого вибуху, не існувало б того різноманіття хімічних елементів, яке ми спостерігаємо в періодичній таблиці. Отже, ми можемо, мабуть, порівняти спалах наднової з небесною лісовою пожежею (щоправда, невеличкою), яка, спалюючи одну зорю, створює умови для народження нових зір і планет.
Нейтронні зорі за всіма мірками виняткові. Діаметром вони лише 10–15 кілометрів (менші, ніж деякі астероїди між Марсом і Юпітером), тобто приблизно в 100 000 разів менші за Сонце, а їхня густина в 300 більйонів (300 · 1012) разів більша, ніж середня густина Сонця. Чайна ложка речовини з нейтронної зорі на Землі важила б 100 мільйонів тонн.
Ще мені подобається в нейтронних зорях те, що, просто вимовляючи або пишучи їхню назву, ми поєднуємо дві фізичні протилежності — крихітне й безмежне, щось настільки малесеньке, чого ми ніколи не побачимо, але таке щільне, що виходить за межі нашого розуміння.
Нейтронні зорі обертаються, до того ж деякі із приголомшливою швидкістю — особливо на початку існування. Чому? Із тієї само причини, чому фігуристка починає крутитися швидше, коли притискає руки до тулуба. Описуючи подібні явища, фізики кажуть про збереження моменту кількості руху (імпульсу). Докладно пояснити момент імпульсу трохи важко, але сам принцип надзвичайно простий.
Як це пов’язано з нейтронними зорями? А ось так: кожне тіло у Всесвіті обертається. Тому зоря, з якої утворилася нейтронна, теж оберталася. Під час вибуху вона скинула більшу частину своєї речовини, але притримала одну-дві маси Сонця, тепер сконцентровані в об’єкті, що в кілька тисяч разів менший за ядро зорі до колапсу. Оскільки момент імпульсу зберігається, частота обертання нейтронних зір зростає принаймні в мільйон разів.
Перші дві нейтронні зорі, які відкрила Джоселін Белл (див. далі), роблять повний оберт майже за 1,3 секунди. Нейтронна зоря в Крабоподібній туманності здійснює приблизно 30 обертів за секунду, тоді як найшвидша з досі виявлених зір обертається із приголомшливою частотою — 716 разів за секунду. Це означає, що швидкість на її екваторі становить приблизно 15 відсотків швидкості світла!
Той факт, що всі нейтронні зорі обертаються і більшість з них має значне магнітне поле, зумовлює важливе астрономічне явище, відоме як пульсари (назва pulsar — це скорочення від pulsating star — «пульсуюча зоря»). Пульсари — це нейтронні зорі, що випромінюють пучки радіохвиль зі своїх магнітних полюсів, які, як і у випадку із Землею, не збігаються з географічними полюсами — точками на кінцях осі, навколо якої обертається зоря. Під час обертання зорі пучки радіохвиль від пульсара ширяли небом. З погляду спостерігача, який перебуває на шляху пучка, зоря пульсує з постійними інтервалами, і він бачить промені протягом якоїсь часини. Астрономи з очевидних причин іноді називають це ефектом маяка. Вже відкрито півдесятка поодиноких нейтронних зір (не плутати з нейтронними зорями в подвійних системах!), які пульсують у величезному діапазоні електромагнітного спектра, до якого входять радіохвилі, видиме світло, рентгенівські й гамма-промені. До них належить пульсар у Крабоподібній туманності.
Перший пульсар у 1967 році відкрила Джоселін Белл, яка тоді була аспіранткою Кембриджу. Вона і її науковий керівник Ентоні Г’юїш спочатку не знали, як пояснити регулярність сигналів, що тривали лише приблизно 0,04 секунди з інтервалом майже 1,3373 секунди (зараз це називають періодом пульсара). Пульсар назвали LGM-1 (скорочено від Little Green Men — «маленькі зелені чоловічки»), натякаючи на те, що ритмічна пульсація може бути сигналом від якоїсь позаземної цивілізації. Незабаром Белл відкрила другий пульсар з періодом приблизно 1,2 секунди, і стало зрозуміло, що ці імпульси не пов’язані з інопланетянами — з якого дива двом абсолютно різним цивілізаціям посилати на Землю сигнали з приблизно однаковою періодичністю? Невдовзі після того, як Белл і Г’юїш опублікували результати своїх досліджень, Томас Ґолд з Корнельського університету впізнав у пульсарах обертові нейтронні зорі.
Чорні діри
Я обіцяв, що ми до них дійдемо. Настав час уважно роздивитися ці химерні об’єкти. Я розумію, чому деякі люди бояться їх. Погулявши трохи на YouTube, ви можете побачити десятки гіпотетичних «реконструкцій» чорних дір, більшість яких потрапляє в категорію «зірок смерті» або «пожирачів зір». У суспільній свідомості чорні діри — це надмогутні космічні вирви, які затягують усе у свою ненаситну пащу.
Але думка про те, що чорна діра засмоктує все поблизу неї, геть хибна. Навіть якщо йдеться про надмасивну чорну діру. Навколо чорної діри із зоряною масою або навіть надмасивної чорної діри можуть обертатися різні астрономічні тіла, переважно зорі, водночас їхнє взаємне розташування зовсім не змінюється. Інакше наша Галактика Чумацький Шлях уже зникла б у розташованій у її центрі величезній чорній дірі, маса якої в 4 мільйони разів більша за масу Сонця.
То що ми знаємо про цього дивного «звіра»? Максимум для нейтронної зорі — приблизно три маси Сонця, потім вона стискається під дією гравітації, утворюючи чорну діру. Якщо маса початкової поодинокої зорі приблизно в 25 разів перевищує масу Сонця, під час колапсу ядра матерія стискатиметься далі, а не зупиниться на етапі нейтронної зорі. Який результат? Чорна діра.
