После ярости взрыва сверхновой, когда, казалось бы, жизнь звезды завершена, часто остаются удивительные объекты – нейтронные звезды, которые изучаются уже 40 лет. Сверхсильные магнитные поля, сверхплотное вещество в недрах и сверхсильная гравитация на поверхности – вот их уникальные свойства. Первые открытые нейтронные звезды были радиопульсарами или рентгеновскими источниками в тесных двойных системах. И за открытие радиопульсаров, и за исследования первых рентгеновских источников были вручены Нобелевские премии. За изучение нейтронных звезд была присуждена еще и третья премия – Халсу и Тейлору за открытие и исследования первого двойного радиопульсара (системы из двух нейтронных звезд, идеальной лаборатории для проверки Общей теории относительности).
Радиоизлучение пульсаров связано с наличием сильного магнитного поля и очень быстрым вращением: шарик массой примерно с наше Солнце и диаметром несколько десятков километров успевает повернуться вокруг своей оси за сотые доли секунды. Вращение многих нейтронных звезд нельзя заметить глазом, поскольку они совершают полный оборот за время, меньшее, чем смена кадров в фильме.
Рентгеновское излучение нейтронной звезды возникает благодаря сильнейшей гравитации на ее поверхности. Камень, брошенный на такой объект, выделит больше энергии, чем ядерная бомба такой же массы. Если система двойная, то возможна ситуация, когда вещество начинает перетекать на нейтронную звезду со второго компонента, и мертвая нейтронная начинает активно излучать рентгеновские кванты.
Взрыв тяжелой сверхновой звезды сопровождается не только резким увеличением светимости, но и выбросом огромной массы газа в окружающее пространство
Однако не все такие звезды обладают быстрым вращением вкупе с сильным магнитным полем или входят в состав тесных двойных систем. За последние десять лет «коллекция» нейтронных звезд пополнилась новыми редкими экземплярами. Взять хотя бы источники, за которыми закрепилось название «Великолепная семерка».
Первый из семерки, знаменитый объект RX J18563754, является самой близкой к Земле молодой нейтронной звездой. Она была открыта 10 лет назад при наблюдениях на спутнике ROSAT области звездообразования. С помощью этого же спутника были открыты и остальные шесть.
Эти объекты светятся благодаря тому, что они пока относительно молоды – их возраст менее миллиона лет. Они еще не остыли после рождения. Кроме рентгеновского излучения от некоторых из них зарегистрировано и оптическое. Это слабые-слабые звездочки, едва различимые в самые мощные телескопы. Несмотря на то что известно всего семь таких звезд, можно сказать, что они являются едва ли не самыми типичными представителями нейтронных. Ведь если даже в такой близости от Солнца существуют такие молодые нейтронные звезды, то, видимо, они рождаются в нашей Галактике довольно часто. Просто более далекие или более старые объекты, подобные «Великолепной семерке», пока недоступны для наших инструментов, по крайней мере, их нелегко идентифицировать среди множества слабых источников.
Экзопланета в двойной системе
Планеты обнаружены около самых разных звезд. Есть среди них и такая, которая вращается вокруг звезды, чьим компаньоном по двойной системе является белый карлик. Несколько лет назад было доказано, что звезда Gl86 имеет планету. Кроме того, на небольшом расстоянии был обнаружен еще один объект, однако было неясно, связан ли он с Gl86 или нет. Астрономы смогли показать, что связан. Причем это не обычная звезда, а именно белый карлик. Таким образом, теперь известно о существовании экзопланет в двойных системах с белыми карликами. Такая планета – настоящий герой: она смогла образоваться и выжить в двойной системе, в которой одна из звезд сбросила свою оболочку.
Белый карлик устойчив, поскольку гравитация, стремящаяся его сжать, уравновешивается давлением вырожденного электронного газа. Однако если увеличивать массу карлика, то в конце концов он потеряет устойчивость и, вспыхнув на краткое время, станет нейтронной звездой. Как же можно увеличить массу белого карлика? Путем аккреции – если у карлика есть звезда-компаньон, то вещество с нее может начать перетекать на компактный объект. Другой вариант возможен при слиянии двойной системы, состоящей из двух белых карликов. Такие сверхновые типа Ia очень важны, так как они очень похожи друг на друга. Это позволяет использовать их в качестве так называемой «стандартной свечи». Наблюдая сверхновую этого типа в далекой галактике, можно с достаточной точностью определить расстояние до нее. Именно такие наблюдения позволили в 1998 году открыть ускорение расширения Вселенной. Таким образом, оказывается, что белые карлики сыграли важную роль в современной космологии. Планируется запуск специальных космических телескопов для поиска далеких сверхновых типа Ia.
После взрыва сверхновой не всегда образуется нейтронная звезда, бывают случаи и более специфические, приводящие к образованию черных дыр. Вещество, попавшее в черную дыру, уже никогда не сможет стать частью новой звезды. Ядра особо массивных звезд получают «билет в один конец». Если черная дыра не входит в тесную двойную систему, где возможно перетекание вещества с нормальной звезды на компактный объект, то увидеть ее непросто.
Хоукинговское излучение для дыры звездной массы, приводящее к ее очень медленному испарению, невелико, поэтому на него надежды мало: единственным источником свечения в этом случае может быть аккреция межзвездной среды. Однако далеко не каждый камень, провалившийся в черную дыру, проявит себя видимым образом. Он, конечно, излучит гравитационные волны, но пока физики не могут зарегистрировать даже волну от падения одной черной дыры в другую (такое происходит при слиянии дыр, образующих двойную систему), какие уж там камни... При падении на нейтронную звезду камень рано или поздно столкнется с ее поверхностью, и энергия будет высвечена. А у черной дыры поверхности нет, поэтому для получения света надо сталкивать камни друг с другом на подлете. Из-за этой особенности газ, сферически симметрично летящий в черную дыру, дает очень маленький выход энергии. Необходимо, чтобы возник вращающийся вокруг дыры аккреционный диск (имеющий центром саму дыру). Частицы межзвездного мусора, двигаясь по сходящимся к дыре спиралям в плоскости диска, сталкиваются и разогревают друг друга. Именно такие «горячие» диски и «выдают» черные дыры.
В тесных двойных системах диск возникает из-за орбитального вращения двух компонент и перетекания вещества. В случае одиночной черной дыры диск может возникнуть благодаря аккреции пыли и газа из турбулентной и неоднородной межзвездной среды. Гигантские космические вихри, вероятно, заставят вещество падать на дыру несимметрично. Если диск возник, то каждый грамм падающего вещества может выделить до 1013 джоулей (это несколько процентов от энергии, равной mc2). Проблема в том, что в межзвездной среде очень мало этих самых граммов. Поэтому одиночные черные дыры вряд ли будут яркими источниками. Собственно, поэтому они еще и не открыты.
Чтобы увеличить шанс обнаружения одиночной черной дыры, нужно, во-первых, искать близкие черные дыры, во-вторых, хотя бы примерно знать, куда смотреть. Пожалуй, одна из немногих возможностей выполнить сразу два условия – засечь «бегунов». В окрестностях Солнца есть быстродвижущиеся звезды, что, в общем-то, нетипично: появление «бегунов» объясняется их рождением в двойных системах.
При взрыве сверхновой значительная часть массы взрывающейся звезды быстро сбрасывается. Это может привести к распаду двойной системы, поскольку две звезды удерживаются вместе именно благодаря гравитационному воздействию их масс друг на друга. При симметричном взрыве звезды сброс половины массы системы приводит к ее распаду (это возможно, разумеется, только в том случае, если взрывается более массивная звезда). В этом случае за время взрыва (то есть практически мгновенно) из-за уменьшения более чем вдвое силы взаимного притяжения «первая космическая» скорость для звезд превращается во вторую и звезды покидают друг друга. После распада системы они сохраняют свои бывшие орбитальные скорости, которые могут быть велики по сравнению с типичными скоростями движения звезд в Галактике. Так появляются «бегуны». Причем, если они массивны, значит, взорвавшиеся звезды были еще тяжелее. Черные дыры порождаются взрывами самых массивных звезд. Значит, если масса «бегуна» выше критической массы, то масса взорвавшейся звезды заведомо была выше критической и с высокой степенью вероятности можно говорить, что образовалась черная дыра. Есть и близкие к Земле массивные «бегуны», родившиеся, по-видимому, из-за распада двойных звезд: их четыре. Известно и то, куда они движутся. Это дает возможность определить (по крайней мере, приблизительно), где сейчас могут
