Тайна взрыва сверхновых раскрыта

Астрофизик Чарльз Вонг, похоже, близок к окончательной разгадке тайны взрыва сверхновых. До сих пор не было понятно, какой именно процесс, происходящий на уровне элементарных частиц, вызывает это красочное и опасное явление природы. Ученый убежден, что весь "большой бадабум" происходит из-за появления скалярной частицы, похожей на бозон Хиггса.

Следует заметить, что процессы, которые называют взрывом сверхновой звезды, во Вселенной происходят не то, чтобы очень редко. По данным астрофизиков, в среднем во всех галактиках взрывается одна сверхновая в год. Считается, что эти взрывы можно разделить на две категории: сверхновые I и, соответственно, II типов.

Механизмы этих процессов различны, да и причины — тоже.

Взрыв сверхновых I типа происходит у звезд, принадлежащих к классу белых карликов, которые, мягко говоря, совершенно не соблюдали диету. Обычно они встречаются в двойных системах, и начинают "толстеть" из-за того, что активно заглатывают массу своего партнера. В результате в какой-то момент их масса подходит близко к пределу Чандрасекара (1,4 солнечных массы), после чего начинается стремительное увеличение плотности и температуры звезды.

Читайте также: Что мешает звездам зажигаться

При достижении же температурой значения 3·108 K начинается термоядерная реакция углеродно-кислородной смеси, находящейся в ядре светила. В результате от центра к внешним слоям идет распространение фронта горения, оставляя за собой продукты этого процесса, то есть ядра атомов металлов группы железа. Это еще более усиливает термоядерный процесс (так как температура продолжает повышаться), и в конце концов звезда накапливает достаточно энергии для сброса своей оболочки. Что и происходит на завершающей стадии под укоризненные взгляды соседних звезд и восторженные крики астрофизиков с третьей планеты возле одного далекого желтого карлика.

А вот взрывы другого типа куда более интересные — их вызывает переизбыток ядер тяжелых элементов в ядре светила. Это приводит к повышению температуры и усилению сжатия центра звезды. В конце концов в какой-то момент из-за давления в нем запускаются реакции нейтронизации, то есть вполне обычные и нормальные с виду протоны начинают гоняться за электронами (которые ни в чем не виноваты), пожирать их и превращаться в нейтроны (видимо, для того, чтобы скрыть следы преступления).

Подобное ненормальное поведение частиц вызывает быструю потерю энергии — ее сразу же уносят появившиеся при этом безобразии нейтрино. Ну, а раз энергии мало, то ядро звезды начинает охлаждаться, не переставая при этом сжиматься. Два этих процесса, идущих параллельно, вызывают появление зоны разреженного вещества между центром звезды и ее оболочкой. В итоге последняя устремляется к ядру (просто падает на него, так как ее уже ничто не удерживает).

Однако ядро звезды, возмущенное подобным обращением со своей драгоценной персоной, отбрасывает вконец обнаглевшую оболочку. Этот процесс приводит к возникновению распространяющейся наружу ударной волны, инициирующей термоядерные реакции. При этом выделяется энергия, достаточная для сброса оболочки сверхновой с большой скоростью. Что, собственно говоря, и происходит — вконец испуганная столь невежливым обращением оболочка сбрасывается, сминая и прижигая все находящиеся рядом планеты, а довольное ядро быстренько меняет "имидж", становясь нейтронной звездой или черной дырой.

Подобный взрыв сверхновой является самым распространенным явлением подобного рода во Вселенной (кстати, наше Солнце когда-нибудь окончит свои дни именно подобным образом). Не удивительно, что астрофизики уже Большого Гончего Пса съели на моделировании этого процесса с целью выяснения его точных механизмов. Тем не менее, кое-что в таких моделях остается неясным. Например, какое событие служит точечным механизмом запуска взрыва — то есть ученые не знают, что именно выступает в роли той самой соломинки, которой по известным причинам боятся все верблюды мира.

Ранее считалось, что в ядрах массивных звезд термоядерные реакции после выгорания всего водорода переходят на гелий-гелиевый цикл, а потом — и на те, в результате которых рождаются ядра более тяжелых элементов, вплоть до слияния ядер железа и никеля. Именно из этого процесса ядро светила получало достаточно энергии для того, чтобы хорошенько пнуть совсем уж придавившую его оболочку. Однако затем выяснилось, что ни одно моделирование, на каких бы суперкомпьютерах его ни проводили, не может снабдить центр звезды необходимым количеством энергии. Все расчеты показывали, что скачок давления, вызывающий взрыв звезд, должен затухать на удалении буквально в 300 километров от своего центра, и причем задолго до того, как звезда будет разрушена, — то есть никакого взрыва, собственно говоря, не будет.

В то же время, согласно тому, что постоянно наблюдают астрономы, взрыв сверхновой — это моментальное явление. Однако, хоть глаза ученых с этим и согласны, но вот расчеты выражают решительный протест — для того, чтобы такое было возможно, необходим необычайно мощный выброс энергии. Но откуда тогда она возьмется в таких количествах, ведь термоядерные реакции не в силах предоставить светило столько?

Впрочем, те же расчеты все-таки дали одну подсказку. Если хотя бы один процент от энергии нейтрино, выделяющихся в центре сверхновой, может быть поглощен электронами из вещества звезды, то взрыв произойдет. Однако ни одна модель не могла объяснить, каким образом данная энергия будет перенесена от нейтрино к электрону. Этот способ не известен ни из теории, ни из экспериментов. Таким образом загадка все-таки осталась неразгаданной, хотя астрофизики и подобрались к отгадке совсем близко.

И вот недавно ученый из Абердинского университета (Шотландия) Чарльз Вонг выдвинул гипотезу о том, что этот перенос может осуществляться неизвестной пока частицей, имеющей определенное сходство с бозоном Хиггса. Астрофизик поступил весьма просто: он смоделировал на компьютере поведение частиц в момент отталкивания оболочки. И эти расчеты показали, что вполне возможно возникновение некоего скалярного гравитационного поля (то есть такого поля, которое вызывается бозоном), причем оно появляется именно в тот момент, когда осуществляется передача энергии от нейтрино к электрону.

После этого автор попробовал представить частицу, ответственную за возникновение данного поля, и обнаружил, что ее характеристики очень напоминают таковые бозона Хиггса. Что же, ее возникновение в кипящих недрах звездного ядра вполне возможно, ведь такие бозоны рождаются при столкновениях частиц с высокими энергиями, подобные процессы при взрыве сверхновых, конечно же, происходят. Хотя сказать точно, что это за частица такая, г-н Вонг пока затрудняется. Ее характеристики, без сомнения, схожи с параметрами бозона Хиггса, но и отличия тоже имеются.

Так что пока автор очень осторожен и вовсе не спешит делать сенсационные заявления. "Моя теория заключается в том, что скалярная частица — по типу одна из наиболее элементарных во Вселенной, сходная с бозоном Хиггса, — задействована в процессах, происходящих внутри таких звезд (то есть сверхновых II типа. — Ред.), и ответственна за ту самую дополнительную энергию, вызывающую взрыв сверхновой", — говорит профессор Вонг. Ну, а хиггсовский это бозон или еще чей-нибудь, должны показать дальнейшие наблюдения, эксперименты и моделирование.

Следует заметить, что попытка понять, что именно вызывает взрывы сверхновых, вовсе не является чисто теоретической проблемой, волнующей лишь астрофизиков. Дело в том, что многие исследования, в том числе и экспериментальные, показали прямое влияние этих вроде бы совсем далеких событий на изменения земного климата. Так, космические лучи, порождаемые взрывами относительно близких к нам сверхновых, провоцируют образование в земной атмосфере облаков и способствуют меньшему нагреву поверхности нашей планеты. То есть подобный взрыв может хорошенько заморозить население нашей планеты.

Читайте также: При взрыве звезду вывернуло наизнанку

Поэтому профессор Вонг совершенно прав, говоря о том, что "мы не в состоянии контролировать взрывы звезд, но если мы поймем сам процесс, то потенциально сможем лучше прогнозировать, когда и где произойдет взрыв, и в итоге делать предсказания о том, как земной климат изменится в грядущие десятилетия". Но для того, чтобы научиться делать подобные прогнозы, нужно просто понять, что за маленькая частица запускает данный процесс, от которого зависят судьбы многих гигантов…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"

Не забывайте присоединяться к Pravda.Ru во ВКонтакте, Telegram, Одноклассниках, Google+, Facebook, Twitter. Установи "Правду.Ру" на главную страницу "Яндекса". Мы рады новым друзьям!

Комментарии
Еще четыре популярные программы могут быть закрыты на Первом канале
Еще четыре популярные программы могут быть закрыты на Первом канале
Мэр Сиэтла: памятники Ленину — "символ ненависти, расизма и жестокости"
Лодка-невидимка
Новый постпред президента Украины займется "де-оккупацией" Крыма
"Крокодил Данди": скандальный развод после счастливого брака
Еще четыре популярные программы могут быть закрыты на Первом канале
Бывшему полковнику Квачкову продлили срок заключения
"Свидетели Иеговы" окончательно запрещены в России
"Свидетели Иеговы" окончательно запрещены в России
Китаю не надо толкать Россию к конфликту с США — Константин СИМОНОВ
"Свидетели Иеговы" окончательно запрещены в России
Месть 90-х: России грозит депопуляция
"Свидетели Иеговы" окончательно запрещены в России
Таксист зарезал москвича за поездку без денег
Пламен ПАСКОВ: проект АЭС в Белене был зарублен по политическим причинам
Естественная убыль россиян серьезно выросла
Самолеты-разведчики стали чаще появляться у российских границ
Мэр Сиэтла: памятники Ленину — "символ ненависти, расизма и жестокости"
Новый постпред президента Украины займется "де-оккупацией" Крыма
Spiegel и ARD: пьяный спецназ Германии массово "зиговал" на вечеринке