Всесвіт: деякі таємниці відкриваються
ЧЕТВЕРТОГО липня 1054 року Янґ Вей Те вдивлявся у ранкове небо. Як офіційний астроном при дворі китайського імператора, він скрупульозно слідкував за рухом зір, коли несподівано яскраве світло коло сузір’я Оріона привернуло його увагу.
З’явилася «зірка-гість», як назвали це рідкісне явище в древньому Китаї. Після шанобливого рапорту імператорові, Янґ помітив, що «зірка-гість» стала такою яскравою, що навіть затьмарила Венеру і кілька тижнів її можна було бачити навіть при повному денному світлі.
Дев’ять століть минуло, перш ніж було знайдене відповідне пояснення цього явища. Сьогодні вважається, що китайський астроном спостерігав за надновою зіркою та її катастрофічною передсмертною агонією. Причини такого надзвичайного феномену — це тільки деякі таємниці, які астрономія пробує розкрити. Нижче ми приводимо пояснення, старанно підготоване астрономами.
Хоча зірки, такі як наше сонце, можуть мати досить довге і стабільне життя, їхнє виникнення і смерть супроводжуються найбільш ефектним видовищем у небі. Вчені вважають, що історія зорі починається всередині галактичної туманності.
Туманність. Туманність — це назва міжзоряної газо-пилової хмари. Туманності — це одні з найкрасивіших об’єктів, які можна спостерігати на нічному небі. На обкладинці цього журналу зображено туманність, яку називають Потрійною (або туманність з трьома тріщинами). В її надрах народжуються нові зорі, які збуджують червонувате світіння туманності.
Очевидно, що зорі формуються в надрах туманності, коли під дією гравітаційної сили розсіяна матерія перетворюється в області стисненого газу. Ці величезні газові кулі стають стійкими, коли їхня температура досягає рівня, при якому в надрах хмари починаються ядерні реакції, що стримують подальше стиснення. Часто зоря народжується разом з іншими зорями, формуючи таким чином зоряні скупчення.
Зоряні скупчення. На фотографії, що на сторінці 8, зображено мале скупчення, яке називають Скарбницею. Вважають, що воно сформоване всього за кілька мільйонів років. Назву цьому скупченню дали завдяки словам Джона Гершеля, астронома XIX століття, який образно описав його як «шкатулку з різнокольоровим дорогоцінним камінням». Відомо, що тільки в одній нашій Галактиці є понад тисячу подібних скупчень.
Енергія зірок. Формування або розвиток зорі стабілізується, коли в її надрах виникає ядерне вогнище. Починається перетворення водню на гелій процесом синтезу, подібним на процес, що відбувається у водневій бомбі. Таким є склад звичайної, як наше Сонце, зірки, яка може спалювати своє ядерне пальне мільярдами років без виснаження запасів.
Але що стається, коли така зоря остаточно вичерпує свій запас пального? Ядро скорочується і температура піднімається, коли зоря вичерпує водень у цетральних областях. У той же час зовнішні шари розширюються і радіус зорі збільшується в 50 або й більше разів — зоря стає червоним гігантом.
Червоні гіганти. Червоний гігант — це зоря з відносно низькою температурою зовнішніх шарів. З цієї причини вони виглядають не білими чи жовтими, а скоріше червоними. Ця фаза життя зірки відносно коротка і її кінець — коли запас гелію вигоряє — проявляється небесним фейєрверком. Поки вигоряє гелій, зірка скидає з себе зовнішні шари, формуючи таким чином планетарну туманність, яка світиться завдяки енергії, отриманої від материнської зірки. Зрештою, зоря неймовірно скорочується і стає білим карликом, який слабо світиться.
Якщо початкова величина зорі досить велика, то в кінці кінців, зоря вибухає. Це і є наднова зоря.
Наднові зорі. Вибух наднової зорі — це вибух, що закінчує життя зірки, яка на початку була набагато більшою ніж наше Сонце. Величезна кількість газу й пилу викидається у простір зі швидкістю 10 000 кілометрів за секунду потужними ударними хвилями. Інтенсивне світло такого вибуху настільки яскраве, що затьмарює мільярди сонць, і це видовище нагадує променистий діамант у небі. Енергія, що звільняється з вибухом однієї наднової зірки, відповідає енергії, яку наше Сонце випромінювало б протягом 9 мільярдів років.
Дев’ять століть минуло з того часу, як Янґ спостерігав наднову зорю, а астрономи все ще можуть бачити розкидані уламки, що залишилися після цього вибуху; йдеться про структуру, яку називають Крабоподібною туманністю. Але після вибуху залишилась не тільки туманність. В її надрах учені відкрили щось інше,— маленький об’єкт, який обертається навколо своєї осі 33 рази за секунду — пульсар.
Пульсари та нейтронні зорі. Під назвою пульсар розуміють надгусте ядро матерії, яка залишилась після вибуху наднової зорі, масою не більше як три сонця. Тому в діаметрі вони мають менше ніж 30 кілометрів, оптичними телескопами їх помічають надзвичайно рідко. Але їх можна виявити за допомогою радіотелескопів, які фіксують радіосигнали, що утворюються внаслідок швидкого обертання пульсарів. Промінь радіохвилі обертається разом із зіркою, як промінь маяка; для спостерігача це виглядає, ніби пульсація. Звідси й ім’я — пульсар. Пульсари називаються теж нейтронними зорями, тому що складаються, в основному, зі щільно укладених нейтронів. Цим пояснюється їхня неймовірна густина — понад сто мільйонів тонн в одному кубічному сантиметрі.
Але що стається у випадку, якщо досить масивна зоря вибухає як наднова? За підрахунками астрономів, гравітаційний колапс буде продовжуватись після того, як зірка пройде стадію нейтронної зорі. Теоретично сила гравітації, яка стискуватиме ядро, буде такою великою, що може виникнути так звана чорна діра.
Чорні діри. Їх вважають гігантськими космічними вирами, від яких ніщо не може врятуватися. Внутрішнє тяжіння гравітації настільки сильне, що і світло, і матерія, які наближаються до чорної діри, невблаганно загарбуються нею.
Ще ніхто не бачив чорну діру безпосередньо: згідно з визначенням,— це неможливо. Але фізики надіються довести їхнє існування за допомогою впливу, який чорні діри мають на сусідні об’єкти. Можливо, для розкриття цієї таємниці буде необхідною нова техніка для наукових досліджень.
Таємниці галактик
Галактика — це космічна система, що утворюється з мільярдів зірок. У 1920 році було відкрито, що сонце не є центром нашої Галактики, як раніше припускали. Невдовзі після цього за допомогою потужніх телескопів було відкрито безліч інших галактик, і людство почало усвідомлювати, наскільки безмежний наш всесвіт.
Туманна пелена, яку ми називаємо Молочним Шляхом, в дійсності є частиною нашої Галактики. Якщо б ми могли побачити її здалека, вона здавалася б нам вогняним круговоротом. Її обриси схожі до двох підсмажених яєць, складених нижніми частинами, але, звичайно, у набагато більшому масштабі. Щоб пересікти нашу Галактику, потрібно було б подорожувати зі швидкістю світла 100 000 років. Сонцю, яке знаходиться на зовнішньому краю Галактики, потрібно 200 мільйонів років, щоб завершити орбіту навколо галактичного центру.
Галактики, як і зорі, все ще таять у собі багато таємниць, які інтригують вчених.
Квазари. У 1960 році було вловлено потужні радіосигнали, які походили від об’єктів, розташованих на великій віддалі від нашої групи галактик. Їх назвали квазарами (скорочена форма від англійського виразу «квазі-стеллар радіо сорсес», який означає «надзорі» — джерела радіовипромінювання) через їхню подібність до зірок. Але астрономів приголомшила надзвичайна кількість енергії, яку випромінюють квазари. Найсвітліші з них у десять тисяч разів яскравіші від Молочного Шляху, а найвіддаленіші з тих, яких вдалося помітити, знаходяться на віддалі більше десятьох мільярдів світлових років.
Після двох десятиліть скрупульозних досліджень астрономи прийшли до висновку, що ці далекі квазари є дуже активними ядрами віддалених галактик. Але які процеси проходять у надрах таких галактик, що звільняється така кількість енергії? Деякі вчені вважають, що енергія звільнюється, скоріше, внаслідок гравітаційних процесів, а не ядерних реакцій, як це стається із зорями. Згідно зі сучасною теорією, квазари пов’язуються з гігантськими чорними дірами. Поки що залишається невідомим, наскільки вірна ця теорія.
Квазари і чорні діри — це лише дві загадки, які чекають на своє розгадання. Можливо, деякі з цих таємниць назавжди залишаться за межами нашого розуміння. Але ті, що вже розкриті, можуть навчити нас речей, які далеко виходять за межі сфери астрономії.
[Ілюстрація на сторінці 7]
Спіральна галактика М83.
[Відомості про джерело]
Фото: D. F. Malin, з ласки Anglo-Australian Telescope Board
[Ілюстрації на сторінці 8]
Скарбниця.
Відкрита зоряна туманність, Плеяди в сузір’ї Тельця, М45.
[Відомості про джерело]
Фото: D. F. Malin, з ласки Anglo-Australian Telescope Board
[Ілюстрації на сторінці 8]
Туманність у сузір’ї Оріона; на вставці зображена туманність «Кінська голова».
[Відомості про джерело]
Фото: D. F. Malin, з ласки Anglo-Australian Telescope Board