Куда уходят звёзды? Сверхновые события, химия нейтронных звёзд и массовые вымирания. Интервью с астрономом

Весной 2024 года мы начали работу над новым материалом. Посещение Крымской астрофизической обсерватории, проход на уникальный телескоп «Синтез» и беседа с Сергеем Назаровым, научным сотрудником КрАО, позволили нам узнать много нового о сверхновых звёздах. Эти драматические события наполняют галактику веществом, и результат космических катастроф каждый из нас может видеть в зеркале. Куда уходят звёзды, какие явления происходят в последние секунды их жизни и что это значит для человечества? Об этом и многом другом вы узнаете из интервью с профессиональным астрономом.

— Когда гаснет свет. В быту мы привыкли думать: есть звёзды, что при некоторых условиях взрываются. Но насколько этот подход правильный?

— Для начала определимся, что такое взрыв.

Взрыв — это ускоренное расширение вещества, когда у нас что-то быстро увеличивает свой объём. В быту мы привыкли ассоциировать взрыв с процессом разрушения, но для Вселенной это не обязательно. Допустим, есть взрыв звезды. Из освобождённого материала мы можем что-то построить. Вернее, не мы, а Вселенная с удовольствием построит из этого звёзды и планеты. То есть, взрыв не обязательно носит негативный и разрушительный характер. Он может быть созидательным.

Сверхновая в художественном представлении. Взято из открытых источников.

Когда мы смотрим на то, что происходит со звёздами в конце их жизни, то можем сказать: звёзды взрываются. То есть, вещество разлетается с очень большими скоростями. Другое дело, что в отличие от бомбочки или снаряда, когда разлетается всё вещество, звёздный взрыв в абсолютном большинстве случаев формирует остаток.

По итогу сверхнового события остаётся что-то. Это что-то приобретает одну из трех форм:

1.      Белый карлик;

2.      Нейтронная звезда;

3.      Чёрная дыра.

В крайне редких случаях звезда взрывается без остатка. Такие варианты теоретически возможны.

— Новая, сверхновая и гиперновая звезда. В чём разница между ними?

— Сверхновые и гиперновые похожи друг на друга. Главное отличие — количество выделенной энергии. Сверхновые делятся на разные классы. Наиболее известные сверхновые относятся к классу Iа, когда вещество перетекает от более крупной звезды к более мелкой, но с мощным гравитационным полем.

Сверхновая Ia в художественном представлении от  Adam Makarenko/W. M. Keck Observatory

Вещество перетекает на поверхность звезды. Это приводит к тому, что в зоне накопления возрастают температура и давление. Так запускаются реакции термоядерного синтеза. Они выделяют большое количество энергии — и происходит взрыв. Вещество разлетается.

По идее, после такого взрыва должен формироваться какой-то остаточек. Обнаружить его крайне сложно. Такие объекты расположены далеко от нас. Насколько известно по состоянию на сегодня, остатки сверхновых типа Ia либо не обнаружены, либо найдены с низкой степенью надёжности. Поэтому надо следить за актуальными публикациями.

Сверхновые второго типа — это «чистые» коллапсирующие звёзды. В нашем понимании красный гигант или сверхгигант. Эти сверхновые не могут сдерживать давление снаружи, и масса обрушивается сама на себя. Это приводит к тому, что недра разогреваются, идут термоядерные реакции, и часть вещества разлетается.

ㅤㅤㅤㅤㅤㅤ
Схематически коллапс красного гиганта выглядит так. По данным открытых источников.

Этот процесс более сложный, чем кажется на первый взгляд. Источником тепла выступает не только сжатие звезды, но и кинетическая энергия, давление газа и даже химические реакции. Мы говорим о красных гигантах. На них много всякой химии. Процессы бывают сложные. К ним добавляются эффекты электромагнетизма.

Гиперновая отличается от двух предыдущих типов сверхновых более высокой энергетикой. Гиперновых мало, изучены они плохо. Считается, что их поведение точно так же связано с коллапсом, но речь идёт об обрушении большей массы.

Может случиться так, что во время коллапса вещество падает на уже сформированный остаток звезды. Это бывает у настолько огромных звёзд, что вещество снаружи плохо связано с веществом внутри. Тогда мы видим уже готовый остаток в виде нейтронной звезды или чёрной дыры, который начинает аккрецировать на себя вещество.

Если мы будем находиться перпендикулярно аккреционному диску, то увидим вещество, разогнанное электромагнитным полем. То есть, джет. Джет, направленный на Землю, приводит к видимому повышению энергии. Это увеличивает наблюдаемую яркость объекта, изменяет кривую блеска и позволяет нам классифицировать звезду, как гиперновую.

Визуальные наблюдения по-прежнему важны для астрономии, но в XXI веке профессионалы получают информацию от более совершенных устройств, чем глаз. На снимках ниже представлены спектры двух звёзд: Антареса и Веги. Оба спектра получены с 400-мм телескопа системы Ньютона на монтировке Добсона. Увеличение составляло 200 крат, а свет разбивался на дифракционной решётке 200 линий на 1 мм.

Спектр Антареса. Материал предоставлен Сергеем Назаровым.


Спектр Веги. Материал предоставлен Сергеем Назаровым.


Кое-какие образцы дифракционных решёток были произведены во временапри СССР, но даже так они не утратили своей актуальности.

Между прочим, есть ещё килоновые звёзды. Они формируются при столкновении двух нейтронных звёзд. При этом энергия чуть меньше, чем у сверхновых, но больше, чем у новых звёзд.

Новые — это разновидность вспыхивающих звёзд, которые не взрываются полностью. Всё связано с тем же перетеканием вещества, его накоплением и вспышками. Энергетика новых меньше, чем у килоновых, а энергетика килоновых меньше, чем у сверхновых. У сверхновых — меньше, чем у гиперновых. Получается такая «лесенка».

У новых звёзд есть 2 режима свечения. При первом они мало отличаются от своего окружения. Во время второго режима происходит частичный подрыв звезды — и её яркость многократно возрастает. Древние астрономы принимали этот эффект за появление нового небесного тела.

Первое визуальное отличие — энергия. Второе — кривые блеска. То есть, как вещество загорается в начале и падает в конце взаимодействия. Различия кроются в физике взрыва. Она определяет, какой остаток будет сформирован по итогу.

— Возвращаясь к килоновым: какой процент массы уносится гравитационными волнами?

— В 2017 году наблюдалось явление, обусловленное столкновением двух нейтронных звёзд. Тогда же наша команда (команда Назарова) наблюдала гравитационные волны. Объекты были мелкие, двигались быстро, имели огромную массу и сильно искривляли пространство. Амплитуда гравитационных волн была большой. Они расходились со скоростью света, и мы смогли зафиксировать их.


Согласно Теории относительности, быстрое перемещение большой массы неизбежно вызывает рябь пространства-времени. Идеальным источником гравитационных волн являются системы из чёрных дыр, но в их отсутствие можно довольствоваться нейтронными звёздами. По данным открытых источников.

В августе 2017 года нам повезло. Мы с коллегами (команда Назарова) смогли обнаружить остаток, излучающий в видимом диапазоне, находящийся не в самой далёкой галактике, и изучили его. Полученные спектры пролили свет на химию столкновения и дали нам возможность посмотреть на элементы, которые образовались в итоге. Это здорово обогатило научные знания о химической эволюции Вселенной.

Раньше было непонятно, как образуется золото или платина. Или, к примеру, какой процент золота формируется в красных сверхгигантах, какой — в красных гигантах или сверхновых типа Ia. Везде получалось очень мало: меньше наблюдаемой реальной картины. И тут мы увидели килоновые, посмотрели на спектр и увидели огромное количество золота. Оказывается, оно «сидит» в килоновых. Потом математическое моделирование полностью подтвердило предположения. Всё идеально сошлось.

По поводу процента массы, который уносится гравитационными волнами — он меньше 10%.


Котики — известные талисманы Хабра, но в их отсутствие хватает и собак. Кулон в форме мозга, висящий на цепи, когда-то был частью гиперновой звезды! В этот раз модель – собака автора не давала согласие на публикацию своих фотографий, но кто ж её будет спрашивать?

— Гравитационный коллапс и ядерный взрыв — это взаимоисключающие вещи или грани одного процесса?

— Это связанные вещи. Как говорит классика? Если мы берём звезду типа нашего Солнца, то она эволюционирует до тех пор, пока в центре идут ядерные реакции. Когда они прекращаются, — начинается коллапс. В случае звезд типа нашего Солнца ядерные реакции не идут дальше гелия. Другие элементы образуются, но их очень-очень мало: буквально доли процента. Но если масса звезды будет чуть-чуть побольше нашего Солнца, хотя бы в два раза, то её хватит на развитие значительного давления.

Тогда температура поднимется настолько, что синтез будет идти вплоть до железа. А вот на железе всё остановится. Реакции с участием двух железных ядер требуют намного больше энергии, чем выделяется в недрах звезды. Мы уходим в минус: ядерные реакции как бы идут, но звезда при этом остывает. Это и есть отличие от более распространённых ядерных реакций с участием водорода и гелия.

— Бывает ли так, что после взрыва сверхновой не остаётся ничего? Почему остатки сверхновых типа Iа не прессуются в белого карлика?

— Теоретически, такие объекты попросту обязаны существовать. Другое дело, что абсолютное большинство сверхновых вспыхивают в далёких галактиках на расстоянии 20, 30, 50 или даже 100 миллионов световых лет. Разглядеть остаток, расположенный на таком расстоянии, не представляется возможным. В редких случаях нам везёт. Тогда сохраняется хороший аккреционный диск. Его вещество падает на объект, и мы видим рентгеновские вспышки с характерным спектром. Так можно определить, куда падает вещество: на нейтронную звезду или в чёрную дыру.

ㅤㅤㅤ

Известное определение гласит, что аккреционный диск формируется при падении диффузного материала на сверхмассивный объект. На картинке изображена схема диска, образованного парой из чёрной дыры и красного гиганта. Физика самого процесса довольно сложная, но вполне поддаётся пониманию. Вещество падает на чёрную дыру или нейтронную звезду. За счёт искривления пространства-времени газ не может стекать прямолинейно: он вынужден идти по круговой орбите. Таким образом происходит разогревание материала, и аккреционный диск начинает работать, как гигантская динамо-машина. Электромагнитные поля, наиболее напряжённые в районе полюсов, захватывают атомы и толкают их на огромной скорости. Так формируется джет.

Джеты интересны не только астрономам, но и квантовым физикам. Дело в том, что под воздействием мощных электромагнитных полей образуются позитрон-электронные пары. Естественно, срок их жизни измеряется миллионными долями секунды. Когда электрон отыскивает свою античастицу, позитрон, между ними происходит аннигиляция. Не стоит считать аннигиляцию бесследным взаимоуничтожением частиц. Более корректным будет понятие трансформации. К примеру, аннигиляция позитрона электроном приводит к излучению 2 гамма-фотонов. 

Чаще бывает так, что энергия вспышек маленькая, объект расположен далеко, и мы не можем отличить существующий объект от пустоты.

По второму вопросу — белый карлик существует за счёт давления вырожденного газа. Когда электрончики не могут занимать энергетические уровни, орбиталей на всех не хватает, и электроны создают давление. Это чисто квантовые процессы, которые имеют определённую энергию.

Давление всегда выражается целым значением. Оно не может быть бесконечно большим. Поэтому, если масса превышает ту самую величину, остаток звезды неизбежно схлопнется. Давления вырожденного газа не хватит на то, чтобы поддерживать карлика в стабильном состоянии. Он продолжит схлопываться, пока не станет нейтронной звездой или чёрной дырой. Всё зависит от массы, которая коллапсирует.

— Тут мы говорим о пределе Чандрасекара?

— Да. Отличие белого карлика от чёрной дыры проходит именно по границе Чандрасекара.

— Правильно ли думать, что сначала звезда долго готовится к взрыву, а потом события многократно ускоряются?

— Фактически да. На последних стадиях звёздной жизни мы наблюдаем интересную вещь. Поскольку в центре звезды остаётся всё меньше лёгких элементов, ядерные реакции уходят к периферии, где ещё есть водород, гелий и кислород. Ядро ещё не начинает остывать, но энерговыделение уже смещено. От этого край звезды потихонечку расширяется.

Бывает такое, что звезда увеличивается в тысячи раз, и внешние слои атмосферы теряют связь с ядром. За счёт расстояния более тяжёлые элементы, такие как углерод и железо, получают возможность конденсироваться в пылинки. Температура поверхности звезды падает до 3000 градусов. Если ты немного отлетел, то там температура, скажем, 1000тысяча градусов или меньше. Тогда пылинки начинают активно образовываться. Их слипание разворачивается по принципу снежного кома.

Одни пылинки экранируют другие, — и вокруг звезды формируется пылевой кокон. При этом красные гиганты не слишком стабильны. У них меняется светимость. В итоге мы наблюдаем цикличное сбрасывание атмосферы звезды. В слоях атмосферы с разными соединениями углерода начинают идти химические реакции, требующие температуры ниже 1000 градусов. Тогда вокруг звезды формируются своеобразные волокна, сгустки и нити.


На данный момент не существует реальных астрофотографий, которые показали бы сверхновую звезду в окружении пылевого кокона. Поэтому нам остаётся довольствоваться изображениями похожих объектов, которые позволяют составить примерное впечатление.

Когда происходит сверхновая, излучение начинает подсвечивать сброшенные оболочки, нагревать их и испарять абсолютное большинство пыли. Часть пыли сохраняется. Часть — испаряется. Это влияет на то, как сверхновая светит.

А вот в ядре за счёт его размеров все процессы идут быстро. Ядерные реакции запускаются сразу: это масштаб минут, десятков минут или часов. Энергия начинает выходить оттуда, потому что происходит коллапс большой массы. Она конвертируется в электромагнитные волны и начинает разогревать пыль.

Поэтому сверхновые в первые часы могут светить красным. Красное свечение постепенно становится синим. Пылинки испаряются, излучение начинает проходить к нам всё лучше, — и в течение нескольких часов должна испариться вся пыль. Тогда к нам долетает «чистое» излучение ядра, которое выражается в синем свете, а также ультрафиолетовых и рентгеновских фотонах. По закону смещения Вина большая температура приводит к тому, что излучение переходит в ультрафиолет и рентген.

— Может ли ударная волна уходить внутрь, отражаться от поверхности звезды и срывать дополнительные порции газа?

— Математическое моделирование показывает, что так оно и должно происходить. Другое дело, что пронаблюдать эти ударные волны на поверхности сверхновой или у неё внутри никто ещё не смог. Слишком маленькие масштабы и слишком быстротекущие процессы. В основном они находятся под пылевыми оболочками, сброшенными звездой. Поймать этот момент так, чтобы туда был направлен сверхчувствительный десятиметровый телескоп с высочайшей детализацией и всеми приборами, очень сложно. Такого в истории человечества ещё не было. Поэтому — математическое моделирование.

— Корректно ли сравнивать нейтронную звезду с макроскопической моделью атомного ядра?

— Скорее, нет. Всё-таки нейтронная звёздочка устроена по-другому и довольно сложно. Современные представления таковы, что нейтронная звезда должна быть чем-то вроде луковицы, где разные слои отвечают не только разным химическим элементам, но и физическим условиям. 


Несмотря на название, нейтронная звезда может похвастаться серьёзной дифференцировкой недр. По данным открытых источников.

Физические условия в нейтронной звезде ощутимо меняются. Это связано не только с разным давлением, но и мощными электромагнитными силами. Если идти по поверхности нейтронной звезды, то мы увидим разную напряжённость электромагнитного и магнитного поля. В некоторых точках это приводит к тому, что магнитные поля могут эффективно противостоять гравитации. Тогда вещество зависает над поверхностью нейтронной звезды. Этот процесс во многом обусловлен быстрым вращением звезды вокруг своей оси.

Детский вопрос: «Почему нейтронные звёзды и чёрные дыры так быстро вращаются?». Взрослый ответ: к этому располагает закон сохранения импульса. Представим себе балерину, которая раскрутилась во время танца. Прижав руки к груди, она многократно ускорит своё вращение. Рассуждая «на пальцах», масса танцовщицы осталась прежней, но её «упаковали» в меньший объём.

Хоть звезда и называется нейтронной, её вещество представлено разными элементами. Соответственно, там будут и заряженные атомы. Из-за чудовищного вращения, около 1000 оборотов в секунду, заряженное вещество генерирует мощнейшее электромагнитное поле.

Эти силы могут не только ускорять падение вещества, но и задерживать его. А бывает и так, что наоборот, нейтронная звёздочка вращается не очень быстро, а вокруг неё собран аккреционный диск с большим количеством вещества. Вещество, выпадающее с аккреционного диска, может двигаться в сторону вращения звезды, сообщать ей импульс и раскручивать. Это будет продолжаться, пока звезда не разгонится до скорости 3000 оборотов в секунду. Тогда материал на поверхности звезды приобретает первую космическую скорость и взлетает.

— Кто более долговечный: красный, белый или чёрный карлик?

— Теоретически, белый и чёрный карлик — это остатки звёзд. Причём белый карлик ещё что-то излучает, а чёрный — уже нет. Понятное дело, что совсем не излучающих тел в природе не существует. Поэтому чёрным карликом мы будем считать тело, которое не излучает в видимом диапазоне.

Чёрные карлики во многом напоминают абсолютно чёрные тела, которые известны по излучению самих себя.

Представим себе объект, который поглощает всё излучение, падающее на него из внешней среды. Казалось бы, это будет непроницаемо-угольная сфера, но закон Кирхгофа гласит о противоположном. Может, оно парадоксально, но физика не просто разрешает абсолютно чёрному телу иметь цвет — она предсказывает максимальную излучательную способность именно абсолютно чёрным телам. В качестве бонуса они получают непрерывный спектр, что зависит лишь от температуры на излучающей поверхности.

Чёрный карлик образуется из белого. Соответственно, белый карлик превращается в чёрного и существует неограниченный отрезок времени — до тех пор, пока с кем-то не провзаимодействует. Красный карлик — это просто маленькая звёзда. Она очень лёгкая, у неё малая светимость. Светимость красного карлика в сотни, если не тысячи раз меньше того же параметра Солнца.

Современная астрономия не открыла ни одного чёрного карлика. Мы живём в слишком молодой Вселенной, поэтому такие звёзды ещё не успели сформироваться. Тем не менее, их существование не просто предсказано теоретически: оно неизбежно. На завершающих этапах эволюции Вселенной именно чёрные карлики станут основными наполнителями галактик. По данным открытых источников.

Соответственно, красный карлик медленно расходует свою массу, и потому существует долго. В конце концов, красный карлик остынет, а вот чёрный карлик — то, что уже остыло. Поэтому он более долговечный, чем другие варианты звёзд.

— В литературе есть сведения, что чёрный карлик может закончить жизненный цикл испарением, падением в чёрную дыру или распадом протона. Вы с этим согласны?

— Да. Добавлю к этому столкновение чёрного карлика с чем-то ещё. Другое дело, что распад протончика — штука теоретическая, и на практике никто этого не наблюдал. Поэтому мы не готовы подтвердить, что распад протона обязательно произойдёт в сколь-нибудь обозримой перспективе.

— Возможна ли детонация чёрной дыры, или для неё более актуально медленное испарение за счёт излучения Хокинга?

— В конце своего жизненного цикла чёрная дыра достигает массы порядка тысячи тонн. От этого темпы излучения значительно ускоряются. Так что излучение, вышедшее из чёрной дыры за единицы секунд, очень похоже на взрыв.

ㅤㅤㅤㅤㅤ

Излучение Хокинга привязано к образованию пар частица-античастица, обусловленному процессами квантовой механики. Если этот процесс развернулся в удачном месте, то частица с отрицательной энергией окажется отделена от своей положительной античастицы горизонтом событий. Соответственно, одна частица рухнет в чёрную дыру, а другая улетит в космос, поскольку её больше никто не может аннигилировать. Так и выходит, что чёрная дыра фонит очень слабым, но всё-таки реальным излучением. На огромных масштабах времени и без подкормки со стороны космических тел чёрная дыра может испариться.

Для излучения Хокинга более важны отношения площади сферы к её объёму, а не «голая» поверхность. Сфера — лучший способ «упаковать» некий объём в «контейнер» с минимальными размерами. Поэтому большие сферы более экономичны, чем малые. Естественно, в случае с чёрными дырами следует учитывать сложные релятивистские эффекты. Малые чёрные дыры умеют не только искривлять пространство-время, но и закручивать его в своеобразные «водовороты». При этом кривизна пространства-времени около мелкой чёрной дыры может превышать искривления, формируемые более крупным «монстром».

— Вы наблюдали что-то подобное?

— Нет. Но это все ждут и все ищут. Вся математика говорит: подобное должно регулярно происходить в нашей Вселенной.

— По идее, на пике излучения можно распознать и первичную чёрную дыру?

— Да, причём расчеты показывают, что определённые массы первичных чёрных дыр испаряются примерно в наше время. Теоретически, эти массы должны были образовываться в уникальных условиях ранней Вселенной, быть сравнительно распространёнными и доступными наблюдению. Проблема в том, что мы не знаем, где и когда это должно произойти, а также в какой части неба нужно ловить эти вспышки. Максимум излучение будет лежать за пределами видимого диапазона. То есть, рентген, гамма. Сквозь атмосферу оно проходит плохо, так что шанс увидеть вспышку первичной чёрной дыры есть только у космических телескопов.

— Что останется после Солнца?

— После Солнца останется белый карлик, потому что у Солнца маленькая масса. Она меньше предела Чандрасекара. Это случится через несколько миллиардов лет, и белый карлик, скорее всего, будет не сильно проявлять себя для внешнего окружения. Вокруг звёзд типа нашего Солнца редко образуются аккреционные диски, а вероятность столкновения с другой звездой в нашей области Галактики очень маленькая. Да, мы не можем точно сказать, что будет через 4 или 5 миллиардова лет, но такая вероятность всё равно незначительная. Поэтому наш белый карлик будет тихий, спокойный и плохо наблюдаемый из других звёздных систем.


Спустя миллиарды лет полдень будет выглядеть примерно так. Естественно, если Земля переживёт гибель Солнца. Пейзаж в художественном представлении. Взято из открытых источников

— Может ли каменная планета пережить сверхновое событие?

ㅤㅤㅤㅤㅤ
Сверхновая звезда выпускает огромные объёмы лучистой энергии, к которым быстро добавляется газ, разогнанный до релятивистских скоростей. Вкупе эти факторы могут не только сдуть литосферу каменной планеты, но и вовсе испарить её. Событие в художественном представлении. Арт из открытых источников.

— Парадоксально, но первой планетой, обнаруженной человечеством, стала пульсарная планета. Точнее, их система. Это было в 1992 году. Наличие планет удалось выявить по так называемому пульсарному таймингу.

Допустим, у нас есть 2 пульсарчика. Они вращаются друг вокруг друга. Мы видим строго периодическое изменение сигнала. Когда в системе есть планета, она нарушает эту идиллию, и меняется поступление сигналов к нам. Поскольку пульсарчики — идеальные метрономы, находящиеся на уровне современных атомных часов, мы можем вылавливать мельчайшие изменения в их поведении. К примеру, вызванные крохотными планетами размером с Луну.


Пейзажи пульсарных планет отличаются суровой красотой. Впрочем, она не предназначена для живых глаз: жёсткое излучение в таких местах настолько сильное, что способно привести к гибели человека ещё на подлёте.

После открытия 1992 года считается, что пульсарные планеты существуют и с большой вероятностью представляют собой остатки планет, которые вращались вокруг звезды перед вспышкой. Энергии сверхновой не хватило, чтобы уничтожить эти планеты полностью. От них остались ядрышки.

Вероятность того, что вещество сформирует планеты уже после взрыва, тоже есть. По актуальным представлениям, таких планет всё равно меньше, чем «огарков». Хотя у нас неполная статистика, поэтому нужно её уточнять и открывать больше пульсарных экзопланет.

— Как вы наблюдаете сверхновые на «Синтезе»?

— Как и на других телескопах: специально и случайно! Специально мы наблюдали сверхновую SN 2023ixf в галактике М101 Большой Медведицы, которая рванула в середине мая прошлого года. Нам повезло пронаблюдать первые моменты существования сверхновой, проследить за ней достаточно долго и построить кривую блеска с высокой точностью измерения.

Подготовка телескопа «Синтез»:

Прежде чем начинать наблюдения, следует подготовить телескоп к работе. На этом ролике можно рассмотреть, как раскрывается крыша обсерватории.

В итоге мы написали совместную статью с китайцами про условия вспышки сверхновой. Там вычислена масса красного гиганта, который взорвался, определены условия, в которых это всё происходило. К примеру, объём сброшенной пыли и время, на протяжении которого разгорались ядерные реакции. Были и другие параметры. Вкупе наша работа пополнила знания человечества о вспышках сверхновых.

Есть и случайный вариант, когда сверхновая попадает в поле зрения телескопа. Он пока не реализовался, но всё может измениться. У «Синтеза» большое поле зрения. Плюс, рядом с ним мы поставили второй телескопчик — «Hyperstar», который видит в два раза больше. Сейчас мы собираемся с силами, чтобы поменять ему камеру. Тогда обзор станет в 10 раз больше, чем к «Синтеза». Поэтому вероятность случайной съёмки сверхновой не просто есть, а растёт. Даже сейчас она значительная, а дальше будет лучше.


Телескоп «Синтез» в ожидании ночи.


Телескоп «Hyperstar» находится в тени старшего собрата, но выполняет не менее важную работу. В деле наблюдения за сверхновыми более важно поле зрения и светосила, а не увеличение.

Другое дело, что нужен софт, который будет вылавливать случайные вспышки в режиме реального времени. Такое событие выражается в виде алерта. Программа как бы говорит: «Смотрите, тут что-то есть!»

— Вы располагаете таким софтом?

— Пока нет!


Рабочее место астронома оборудовано несколькими ПК, позволяющими не только управлять телескопом, но и видеть картинку с обзорных камер.

— Как вы смотрите на перспективу адаптации нейросети для такой работы?

— С нейросетью интересно экспериментировать, но её надо обучать на большой выборке наших снимков. В идеале, она должна уметь отличать горячие пиксели от астероидов, а сами астероиды — от сверхновых. Пока сравнительно большая выборка есть только по астероидам. Её масштабы — тысячи кадров. Выборки «своих» сверхновых у нас нет. Остаётся учить нейросеть по чужим кадрам, а потом как-то адаптировать для нас. Тут нужны рабочие руки.

— Как открыть сверхновую звезду и что с ней делать дальше?

— Есть обзоры неба, специально открывающие сверхновые звёзды. Один из наиболее известных — Zwicky Transient Facility. Это камера Шмидта американского производства диаметром полтора метра американского производств=а. Она сканирует всё небо в течение недели. Ещё к камере прикручена хорошая нейросетка. Как раз это программное обеспечение позволяет отличать астероид от сверхновой звезды, а сверхновую — от новой.


Принципиальная схема ZTF по данным открытых источников.

В итоге наблюдатель получает не просто ряд кадров, который нужно обрабатывать руками, а списки кандидатов в какие-то интересные объекты. Это напоминает таблицу Excel. Софт пишет в этой таблице: сегодня за ночь мы обнаружили 3698 кандидатов в астероиды, 754 кандидата в сверхновые, и так далее.

Наблюдатель может прокликать мышкой каждый из объектов и посмотреть, что интересно, а что — нет. Нужные объекты выкачиваются, и дальше их можно просматривать более детально. Такая организация работы просто потрясающая! К этому нужно стремиться.

Помимо телескопов-роботов, где всё автоматизировано, существуют любители. Те же самые японцы могут похвастаться культурой открытия астероидов и комет. Она связана с тем, что Япония — страна не только восходящего, но и заходящего Солнца. Ночь идёт с той стороны. Впереди только Тихий океан. Пока звёзды путешествуют над океаном, их никто не открывает. И тут в дело вступают японцы. Если вспыхнула сверхновая или прилетела комета, японцы увидят её первыми. Поэтому японцы берут Canon’ы типа Canon 6D, прикручивают к ним объективы вроде Samyang 135 mm и осматривают всё небо. То есть, просто фотографируют большие площади.


С помощью похожих камер японцы открывают сверхновые звёзды, обгоняя своих западных коллег.

Потом японцы блинкуют эти площади. То есть, создают анимацию. Именно на анимации становится видно, есть сверхновая звезда в каком-то участке неба или нет. Вот этим занимаются японские деды.

Поэтому сверхновую в М101 первыми заметили японцы и выдали алерт. Потом оказалось, что эта сверхновая была на наших кадрах. Мы подняли архивы и выяснили: эта звезда была в наших базах данных за 2 суток до алерта со стороны Японии.

— Как современная астрофизика относится к тому, что одной из причин  Ордовикско-Силурийского вымирания считается последствие взрыва сверхновой?

Сверхновые случались и раньше. Некоторая их часть вспыхнула задолго до появления человека. На картинке изображён именно такой сюжет. По данным открытых источников

— Каждое вымирание — это следствие комплекса факторов, которое упирается в климат. Оно длится долгое время. Чтобы сказать, виновата ли в этом сверхновая, нам нужно смотреть радиоизотопный состав пород. По нему возможно установить, было ли какое-то воздействие на земную атмосферу. Теоретически такое может быть. Расчёты, основанные на статистике сверхновых событий в нашей Галактике, показывают: вблизи Солнечной системы сверхновые должны вспыхивать на масштабах десятков миллионов лет. То есть, достаточно часто.

Другое дело, что не всегда сверхновая будет ориентирована удачным образом, чтобы отдать энергию нашей планете. Она может быть окутана облаками пыли или находиться строго в плоскости Галактики, где хватает космической пыли.

Вероятность того, что рядом с нами вспыхнет сверхновая и повернётся так, чтобы пальнуть по Земле джетом с высокой энергией, маленькая. Практика показывает, что ни одно из сверхновых событий, которые случались в истории Земли, не приводило к тотальному вымиранию. Жизнь на Земле не испытывала настоящей угрозы. Всегда оставались существа, которые очень быстро занимали освобождённые экологические ниши — и жизнь бурлила заново.

Если говорить про человечество, то близкая вспышка сверхновой может нанести большой вред. Она будет ионизировать верхние слои атмосферы, разогревать газы, сбивать спутники и нарушать работу электроники. Нарушения радиосвязи и повышенный уровень радиации — то, что мы увидим на поверхности Земли. Все эти факторы негативно скажутся на человечестве, и бороться с ними невозможно.

Другое дело, что это происходит на масштабах десятков миллионов лет, и подобная катастрофа вряд ли выпадет на наш век.

— Как будет выглядеть звёздное небо после взрыва Бетельгейзе? 

  
— Бетельгейзе, скорее всего, увеличит свою яркость в миллионы раз и сможет соперничать с полной Луной. До Солнца она точно не дойдёт. Мы увидим яркий объект, который будет заливать ночное небо светом. Поэтому на значительной части неба у нас будет яркая помеха, которая начнёт мешать наблюдению за другими астрономическими объектами. Это красивое явление не нанесёт нам вреда. Сейчас считается, что ущерб Земле нанесёт средненькая сверхновая, находящаяся на расстоянии 100 — 150 световых лет.


Сверхновая Бетельгейзе в художественном представлении. Картинка из открытых источников.

Бетельгейзе, скорее всего, находится на расстоянии около 600 световых лет. Точнее сказать нельзя, потому что эта звезда одиночная. Тем не менее, смерть этой звезды сильно обогатит физику. Мы сможем непосредственно наблюдать все процессы, которые сопутствуют вспышке. Кроме этого, мы с большой долей вероятности станем свидетелями нейтринных событий.

Во время сверхновой идут активные ядерные реакции. Они сопровождаются массивным выбросом нейтрино. Возможно, мы зафиксируем гравитационные волны, связанные с разлётом больших объёмов вещества.


На этой картинке изображён негативный сценарий, при котором сверхновая находится на расстоянии меньше 100 световых лет от Земли. Она во многом спекулятивная, поскольку все живые существа, способные смотреть в небо, вымрут ещё на стадии гамма-излучения.

— Есть ли «белые пятна» в нашем понимании сверхновых событий?

— Их полно! Белые пятна связаны с энергетикой самых мощных и самых редких взрывов. Статистики по ним нет. Не совсем понятно, почему существует дефицит чёрных дыр малых масс на уровне 5 солнечных. На уровне 10 — 20 их более чем хватает. Хотя, казалось бы, чем легче звезда, тем чаще она должна встречаться. Соответственно, такие звёзды должны оставлять за собой чёрные дыры. По факту, это не так.

Что это: статистическая флуктуация или реальное физическое явление? Мы этого не знаем, потому что у нас плохая статистика. Вероятность ошибки сохраняется.

— Что сверхновые звёзды значат для вас?

— Возможность расширить свои знания. И, конечно, знания человечества. Сейчас мы готовимся к вспышке звезды Т Северной Короны, которая должна произойти в этом году. Поэтому мы отслеживаем эту звёздочку каждую ночь с помощью двух, а порою и трёх телескопов.

Это повторная новая. Система состоит из 2 звёзд, которые обмениваются веществом. Вещество накапливается на поверхности звезды — и происходит взрыв. Он менее мощный, чем у сверхновой типа Ia, а более слабый. Он разбрасывает часть вещества, но система не теряет устойчивости и продолжает существовать. Через десятки лет происходит повторный взрыв.


На данный момент Т Северной Короны занимается тем же, чем и обычно. То есть, накапливает вещество. Его количество уже критическое, так что сравнение новой звезды с пороховой бочкой — не метафора, а суровая реальность. По данным открытых источников.

Согласно последним предсказаниям, он должен произойти в этом году. Как говорится, будем посмотреть! 

Источники:

1.      Все изображения приведены с указанием авторства; или взяты из открытых источников
2.      Дополнительная информация приведена в виде гиперссылок.
Над статьёй работали: 

1. Сергей Назаров, научный сотрудник Крымской астрофизической обсерватории и руководитель проекта «Синтез»;
   
2. Никита Игнатенко, практикующий врач, научный журналист-фрилансер.
   

---

 НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
— 15% на все тарифы VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS