Гиперновая звезда

В жизни каждой звезды с массой более 8 солнечных случается такой момент, когда она на несколько недель сравнивается или даже может затмить в несколько раз по яркости свою галактику, которая имеет миллиарды звёзд. Этот процесс завершения жизни звезды называют взрывом сверхновой. Но в истории галактик иногда случаются ещё более масштабные события, когда взрываются звёзды с массами более 40 солнечных масс, причём светимость этих гиперновых звёзд и выделяемая при их взрывах энергия как минимум в 10 раз превышает энергию, выделяемую при взрыве обычных сверхновых.

Жизненный путь звёзд

Жизнь звёзд-карликов (как наше Солнце) проходит медленно и мирно: они движутся по диагонали главной последовательности многие миллиарды лет по направлению вправо-вниз пока не становятся красными гигантами. Затем выработав своё водородное топливо, они раздуваются в размерах и зажигают гелиевую реакцию. Постепенно исчерпав гелиевое топливо звезда (не имея достаточной массы чтобы зажечь дальнейшие термоядерные реакции) сбрасывает свою оболочку, превращается в белый карлик и медленно угасает.

Жизнь же звёзд-гигантов (с массой от 8 солнечных) ярка и коротка: она пролетает за десятки или сотни миллионов лет слева-направо на диаграмме и заканчивается взрывом сверхновой. В этот момент звезда затмевает своей яркостью на несколько недель всю свою галактику (имеющую миллиарды звёзд) и угасает, оставив за собой нейтронную звезду или чёрную дыру.

Но ещё красочней является жизнь звёзд Вольфа-Райе масса которых достигает 150 солнечных (теоретического предела для образования звезды) а порой и … превосходит его! Учёные считают, что такие огромные звёзды образуются за счёт слияния двух близкорасположенных звёзд в парной системе. Такие гигантские звёзды проскакивают свой путь молниеносно (по астрономическим меркам) – сжигая всё своё водородное топливо до образования железа всего за сотни тысяч лет, после чего взрываются с такой ослепительной яркостью что становятся сопоставимы с яркостью всех вместе взятых звёзд видимой Вселенной. Таким образом образуются гиперновые звёзды.

Классификация сверхновых

1. Ia – почти не содержат водорода. Образуются из белых карликов путём аккреции вещества от другой звезды в двойной системе (в тот момент, когда их масса достигает предела Чандрасекара равного 1,44 солнечных масс)
2. Ib и Ic – не содержат водорода, но имеют большие объёмы кремния. Массивные звёзды, взрывающиеся уже после сбрасывания своей оболочки, состоящей из лёгких элементов (тип Ic имеет столь большой силы звёздный ветер что выбрасывает практически весь свой гелий).
3. IIb – содержат аномально большую концентрацию гелия. Образуются в двойных звёздах за счёт перетекания оболочки на звезду-компаньон.
4. IIn – имеют узкие полосы излучения (не характерные для сверхновых). Обычные сверхновые сбрасывают свою оболочку в разные стороны с огромной скоростью (из-за чего линии поглощения оказываются размыты). Данные же сверхновые образуются из звёзд Вольфа-Райе, которые за счёт своего мощного звёздного ветра образуют вокруг себя газовую туманность которая пере-излучает выделяющуюся в ходе их взрыва энергию.
5. II-P и II-L – отличаются медленным процессом затухания но меньшей яркостью. Источником такого поведения считается выступление сброшенной звездой оболочки в роли буфера для энергии взрыва. Источником плато на графике яркости сверхновой типа II-P считается рекомбинация водорода с постепенным повышением его прозрачности.

Классификация сверхновых звёзд на первый взгляд может показаться весьма странной. Но в ней нет ничего удивительного если заглянуть в прошлое: исторически сложилось так что первое свойство, которое астрономы смогли измерить в свойствах сверхновых звёзд – был спектр их излучения, по которому можно было определить химический состав звезды. Логически предположив, что звёзды у которых не наблюдается водород более старые, они сгруппировали их в тип I, а для «молодых» звёзд выделили тип II.

Уже потом на вооружение учёных появилась «большая линейка» – красное смещение по которому можно было измерять расстояния до самых далёких объектов во Вселенной, после чего оказалось, что выделенные в разные типы сверхновые Ic и IIn – это те же самые выделяющие чудовищную энергию гиперновые (только начинающие свой путь из планетарных туманностей с разным содержанием химических элементов тяжелее гелия), но классификацию в дань истории менять уже не стали.

История открытия гиперновых

К августу 1963 года 4 странами, на тот момент обладающими ядерным оружием, было произведено уже около 600 испытаний в число которых также входило испытание 10 самых мощных ядерных устройств в истории. Это привело к нескольким инцидентам заражения местности вблизи полигонов и облучения людей не причастных к испытаниям. Кроме того, на всей территории Земли стало фиксироваться заметное повышение радиационного фона и содержания различных радионуклидов в воздухе:

Кроме этого совсем недавно случился Карибский кризис, чуть не повлекший к ядерной войне между СССР и США. Понимая, что в этой ситуации надо что-нибудь менять, главы ядерных держав заключили договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой. Для слежения за его исполнением Советским Союзом в США было создано несколько спутников серии Vela первая пара из которых была выведена на орбиту 17 октября 1963 года:

Всего было запущено 12 спутников этой серии которым так и не удалось зафиксировать никаких нарушений, но 2 июля 1967 спутники №3 и №4 этой серии зафиксировали вспышку гамма-излучения длительностью в пару секунд, источник которых не смогли связать ни с каким из существовавших на тот момент ядерных устройств или какими-либо другими физическими явлениями известными на тот момент. К июлю 1972 года было обнаружено уже 16 таких вспышек длительностью порядка секунды. После того как военные убедились, что в этих событиях нет никакой военной подоплёки, сведения о них были опубликованы сотрудниками Лос-Аламосской лаборатории (руководившей проектом Vela) в Астрофизическом журнале примерно спустя год.

Источник этих вспышек весьма заинтересовал учёных, но запустить специализированную для этой цели обсерваторию Комптона удалось только 5 апреля 1991 года на шаттле «Атлантис». Со своим весом в 17 тонн эта обсерватория стала самой большой нагрузкой, выведенной шаттлами на тот момент, а набор из 8 идентичных всенаправленных детекторов инструмента BATSE, сцинтилляционного спектрометра и двух гамма-телескопов COMPTEL и EGRET разных диапазонов энергий позволяли с умеренной точностью определять места из которых приходили вспышки. До управляемого свода с орбиты 4 июня 2000 года этой обсерватории (вызванной поломкой одного из её гироскопов) она смогла зафиксировать 2704 гамма-всплеска:

Сигналы приходили равномерно из всех частей неба, а это означало что их источник не локализован нашей галактикой и приходит из вне её. Это в свою очередь значило что их источник находился много дальше чем предполагалось ранее, и то что он должен был быть поистине гигантской мощности. Уже в тот момент стали осуществляться первые попытки поиска этих событий с помощью оптических телескопов, но из-за ограниченной точности обсерватории, составлявшей всего 1-10 градусов – поиски к успеху так и не привели.

Ситуация кардинально изменилась с выводом на орбиту спутника BeppoSAX имевшего точность измерения порядка угловой минуты. 28 февраля 1997 года ему удалось зафиксировать гамма-всплеск GRB 970228 который смогли зафиксировать наземные телескопы. К 14 декабря был зафиксирован уже третий видимый всплеск GRB 971214 источник которого оказался в целых 12 млрд св. лет от нас – полученные при его наблюдении данные гласили что выделивший его источник должен был быть самым мощным со времён Большого взрыва!

Но достоверно определить природу источников этих гамма-всплесков не удавалось вплоть до события 29 марта 2003 года, который уже с высокой достоверность связали со взрывом гиперновой звезды. Зафиксировать его удалось совсем крохотному спутнику HETE (весом всего в 128 кг) запущенному из-под крыла бомбардировщика B-52 с помощью ракеты «Пегас».

Ключевые события

1. GRB 670702 (2 июля 1967 года) – первый гамма-всплеск, зафиксированный человечеством, который можно по праву считать днём рождения гамма-астрономии.
2. GRB 970228 (28 февраля 1997 года) – первая фиксация гамма-всплеска в видимом диапазоне, точно установить дистанцию не удалось.
3. GRB 971214 (14 декабря 1997 года) – третья фиксация гамма-всплеска в видимом диапазоне, дистанция до объекта согласно красному смещению составила 12 млрд св. лет.
4. GRB 030329 (29 марта 2003 года) – первый гамма-всплеск достоверно связанный со взрывом гиперновой звезды.
5. GRB 080319B (19 марта 2008 года) – одни из самых мощнейших гамма-всплесков произошедший на дистанции 7,5 млрд св. лет от нас, который ко всему прочему в течении 30 секунд можно было наблюдать даже невооружённым глазом! За час до этого события умер Сэр Артур Кларк – таким образом можно сказать что сама Вселенная пришла отдать последние почести этому знаменитому писателю.
6. GRB 080916C (16 сентября 2008 года) – мощнейший гамма-всплеск зафиксированный за всю историю рентгеновской астрономии. В ходе него была выделена энергия порядка 8,8*10^47 Дж для получения которой при взрыве этой гигантской звезды Вольфа-Райе ей надо было превратить без малого пять солнечных масс в чистую энергию, что в триллион квадриллионов раз больше энергии, которую человечество получило из всех доступных ей источников!

Возможная угроза для жизни на Земле

На данный момент для нас в этом плане ничего не угрожает, так как ближайшим кандидатом в сверхновые сейчас является Бетельгейзе, находящаяся по разным оценкам на дистанции от 495 до 640 св. лет, в то время как по современным представлениям опасным для жизни на Земле радиусом взрыва сверхновой является около 160 св. лет. Для гиперновой же звезды (с учётом её на один-два порядка большей мощностью) опасный радиус составляет 500-1500 св. лет. Но на данный момент ближайшим кандидатом в гиперновые является Эта Киля А, которая находится от нас на расстоянии в целых 7,5 тыс. св. лет.

Хотя, если Эта Киля А не успеет потерять достаточно массы посредством звёздного ветра и взорвётся как гиперновая – даже с такого гигантского расстояния она должна встать по яркости между сверхновыми 1006 и 1054 годов, затмив при этом яркость Венеры. Бетельгейзе же во время своего превращения в сверхновую и вовсе должна по своей яркости сравняться с полной Луной.