Элементарная астрофизика и космология для школьного курса физики

Ôèçèêà ¹ 19/05 •••Ïåäàãîãè÷åñêèé óíèâåðñèòåò «Ïåðâîå ñåíòÿáðÿ»•••  Ïðîô. Á.È.ËÓ×ÊÎÂ, ÌÈÔÈ, ã. Ìîñêâà Ïðîäîëæåíèå. Ñì. ¹ 17, 18/05 Ýëåìåíòàðíàÿ àñòðîôèçèêà è êîñìîëîãèÿ ÄËß ØÊÎËÜÍÎÃÎ ÊÓÐÑÀ ÔÈÇÈÊÈ Ó÷åáíûé ïëàí êóðñà ¹ ãàçåòû Ëåêöèÿ 17 Ëåêöèÿ 1. Íàø êîñìè÷åñêèé äîì: Ñîëíöå, ïëàíåòû, Çåìëÿ 18 Ëåêöèÿ 2. Ýíåðãåòèêà çâ¸çä. Ãàëàêòèêè, ñêîïëåíèÿ ãàëàêòèê 19 Ëåêöèÿ 3. Ýâîëþöèÿ çâ¸çä – îò ïðîòîçâ¸çä äî Ñâåðõíîâûõ. Êîíòðîëüíàÿ ðàáîòà ¹ 1 (ñðîê âûïîëíåíèÿ – äî 15 íîÿáðÿ 2005 ã.) 20 Ëåêöèÿ 4. Îáðàçîâàíèå ýëåìåíòîâ (òàáëèöà Ìåíäåëååâà) 21 Ëåêöèÿ 5. Èíûå ìèðû (ýêçîïëàíåòû, ïðîáëåìà SETI). Êîíòðîëüíàÿ ðàáîòà ¹ 2 (ñðîê âûïîëíåíèÿ – äî 15 äåêàáðÿ 2005 ã.) 22 Ëåêöèÿ 6. Êîñìîëîãè÷åñêèå ìîäåëè. Âñåëåííàÿ Áîëüøîãî âçðûâà 23 Ëåêöèÿ 7. Ýõî èç ïðîøëîãî – ðåëèêòîâîå èçëó÷åíèå. Ñòàíäàðòíàÿ ìîäåëü Âñåëåííîé 24 Ëåêöèÿ 8. Íåðåø¸ííûå ïðîáëåìû: ÷¸ðíûå äûðû, ò¸ìíàÿ ìàòåðèÿ, ò¸ìíàÿ ýíåðãèÿ, àíòðîïíûé ïðèíöèï, áàðèîííàÿ àñèììåòðèÿ ìèðà Èòîãîâàÿ ðàáîòà.  êà÷åñòâå èòîãîâîé ðàáîòû çàñ÷èòûâàåòñÿ, íàïðèìåð, ðàçðàáîòêà çàíÿòèé ïî îäíîé èç òåì, ðàññìàòðèâàåìûõ â ðàìêàõ äàííîãî êóðñà. Íà îñíîâå ýòîé ðàçðàáîòêè ñëóøàòåëåì äîëæíû áûòü ïðîâåäåíû óðîêè, êðàòêèé îò÷¸ò îá èõ ïðîâåäåíèè è ñïðàâêà èç ó÷åáíîãî çàâåäåíèÿ (àêò î âíåäðåíèè) äîëæíû áûòü îòïðàâëåíû â Ïåäàãîãè÷åñêèé óíèâåðñèòåò íå ïîçäíåå 28 ôåâðàëÿ 2006 ã. ËÅÊÖÈß 3. ÝÂÎËÞÖÈß Ç¨ÇÄ – ÎÒ ÏÐÎÒÎǨÇÄ ÄÎ ÑÂÅÐÕÍÎÂÛÕ Íî÷ü òèõà. Ïóñòûíÿ âíåìëåò áîãó, È çâåçäà ñ çâåçäîþ ãîâîðèò. Ì.Ëåðìîíòîâ Âåëèê è ìíîãîîáðàçåí çâ¸çäíûé ìèð. Çâ¸çäû-êàðëèêè è çâ¸çäû-ãèãàíòû, åëå òëåþùèå çâ¸çäû (Ò ï = 3000 Ê) è çâ¸çäû ÿðêèå, êàê ìàÿêè (Ò ï = = 40 000 Ê), çâ¸çäû îáû÷íîé ïëîòíîñòè è çâ¸çäû, ñæàòûå â ìèëëèîíû ðàç... Åñòü çâ¸çäû-ñòàðîæèëû, ýêîíîìíî ñóùåñòâóþùèå ìèëëèàðäû ëåò, è ñâåòèëà-ñêîðîñïåëêè, íå äîòÿãèâàþùèå è äî ìèëëèîíà. Êðîìå îäèíî÷íûõ çâ¸çä âñòðå÷àþòñÿ äâîéíûå, êðàòíûå çâ¸çäíûå ñèñòåìû è äàæå ñêîïëåíèÿ, íàñ÷èòûâàþùèå òûñÿ÷è çâ¸çä. Çâ¸çäû ðàçëè÷àþòñÿ ñâîåé àêòèâíîñòüþ – ïîòîêàìè ãîðÿ÷åé ïëàçìû (çâ¸çäíûé âåòåð), ïåðåìåííîñòüþ áëåñêà, âûáðîñàìè âåùåñòâà. Ìàãíèòíûå ïîëÿ çâ¸çä ìîãóò áûòü â íåñêîëüêî ãàóññîâ, êàê ó Ñîëíöà, â òûñÿ÷è ðàç áîëüøå (ìàãíèòíûå çâ¸çäû) èëè äàæå ~1012 Ãñ (íåéòðîííûå çâ¸çäû). Òîëüêî â îäíîì îíè åäèíû – â òîì, ÷òî æèâóò è èçëó÷àþò çà ñ÷¸ò ïðîòåêàþùèõ â íèõ òåðìîÿäåðíûõ ðåàêöèé. 1. Õàðàêòåðèñòèêè çâ¸çä Çâ¸çäíàÿ âåëè÷èíà. Çâ¸çäíàÿ âåëè÷èíà (m), èëè áëåñê, – ìåðà ñâåòîâîãî ïîòîêà. Áëåñê âûðàæàåòñÿ â îòíîñèòåëüíûõ åäèíèöàõ, ââåä¸ííûõ Ãèïïàðõîì. Çâ¸çäû, âèäèìûå ãëàçîì, áûëè ðàçáèòû íà 6 êàòåãîðèé, îò ñàìûõ ÿðêèõ (m = 1) äî ñëàáûõ (m = 6). Áëåñêè çâ¸çä óòî÷íÿëèñü, ââîäèëèñü îòðèöàòåëüíûå è äðîáíûå çíà÷åíèÿ, øêàëà ðàñøèðèëàñü äî áîëüøèõ âåëè÷èí.  ñâÿçè ñ îñîáåííîñòÿìè çðåíèÿ çàâèñèìîñòü m îò ïîòîêà I èìååò ëîãàðèôìè÷åñêèé âèä: ïðè èçìåíåíèè m íà 5 åäèíèö ïîòîê èçìåíÿåòñÿ â 100 ðàç. Çàâèñèìîñòü äà¸òñÿ âûðàæåíèåì m = Ñ – log2,51I, (1) ãäå Ñ – ïîñòîÿííàÿ âåëè÷èíà. Ñâåòîâûå ïîòîêè äâóõ çâ¸çä âûðàæàþòñÿ ÷åðåç èõ çâ¸çäíûå âåëè÷èíû: Ôèçèêà ¹ 19/05 I1 = 2,51m2 −m1 . I2 (2) Áëåñê ñàìîé ÿðêîé çâåçäû, ãîëóáîãî ãèãàíòà Ñèðèóñ, ñîñòàâëÿåò –1,6. Çâ¸çäíûìè âåëè÷èíàìè õàðàêòåðèçóþò è ïðîòÿæ¸ííûå îáúåêòû (ïëàíåòû, ãàëàêòèêè). Áëåñê Ñîëíöà –26,7. Ïðåäåëüíûå çâ¸çäíûå âåëè÷èíû, âèäèìûå â êðóïíûå òåëåñêîïû, 28–30. Ñâåòèìîñòü (L) – ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ â ðàçíûõ ñïåêòðàëüíûõ èíòåðâàëàõ. Äëÿ èçîòðîïíîãî èçëó÷åíèÿ ïîòîê è ñâåòèìîñòü ñâÿçàíû ñîîòíîøåíèåì I= L . 4 πr 2 (3) Ñâåòèìîñòü îáúåêòà îïðåäåëÿåòñÿ, åñëè èçâåñòíî ðàññòîÿíèå äî íåãî è èçìåðåí ïîòîê. Àáñîëþòíàÿ çâ¸çäíàÿ âåëè÷èíà (Ì) – áëåñê çâåçäû, óñëîâíî íàáëþäàåìîé ñî ñòàíäàðòíîãî ðàññòîÿíèÿ r0 = 10 ïê. Ìîæíî çàïèñàòü: M = C − log2,51 L . 4πR2 (4) Èç (1) è (4) ïîëó÷àåì ïåðåõîä ê Ì, åñëè èçâåñòíû áëåñê çâåçäû è ðàññòîÿíèå äî íå¸ (r – â ïê): Ì = m – 5 lg r + 5. (5) Àáñîëþòíûå çâ¸çäíûå âåëè÷èíû Ñîëíöà è Ñèðèóñà ñîñòàâëÿþò 4,9 è 1,6. Ñîëíöå – ñëàáàÿ çâåçäà, à Ñèðèóñ – ãèãàíò ñâåòèìîñòüþ â 20 ðàç áîëüøå. Ôîðìóëà (5) èñïîëüçóåòñÿ äëÿ îïðåäåëåíèÿ ðàññòîÿíèé äî çâ¸çä, ìàññà êîòîðûõ èçâåñòíà (ìåòîä öåôåèä). Ñïåêòðàëüíûé êëàññ. Çâ¸çäû èìåþò ðàçíûé öâåò èëè, òî÷íåå, ñïåêòðàëüíûé êëàññ (ÑÊ). Ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ÑÊ (îò «ðàííèõ» äî «ïîçäíèõ»): O, B, A, F, G, K, M. Êàæäûé êëàññ ðàçáèò íà 10 ïîäêëàññîâ. Çàïîìíèòü ðÿä ÑÊ ïîìîãàåò ìíåìîíèêà (èç ñòóäåí÷åñêîãî ôîëüêëîðà): «Îäèí Áðèòûé Àíãëè÷àíèí Ôèíèêè Æåâàë, Êàê Ìîðêîâü». Íåäàâíî îòêðûòûé êëàññ L ëåãêî âïèñàëñÿ, ñëåãêà èçìåíèâ âêóñ: áðèòûé àíãëè÷àíèí ñòàë æåâàòü ôèíèêè, êàê «Ìåëêèé Ëóê». Íå ìåíåå çâîíêóþ èäèîìó ïðèäóìàëè àmerican boys: «O, Be A Fine Girl, Kiss Me Right Now». ÑÊ çâåçäû, îïðåäåëÿåìûé ïî õàðàêòåðíûì ëèíèÿì â ñïåêòðå, îäíîçíà÷íî ñâÿçàí ñ òåìïåðàòóðîé ïîâåðõíîñòè, ðàâíîé 4 ⋅ 104 Ê ó çâ¸çä êëàññà O, 2,5 ⋅ 104 Ê (êëàññ A) è 3 ⋅ 103 Ê (êëàññ M). Òåìïåðàòóðà ñîëíå÷íîé ïîâåðõíîñòè 6000 Ê. Ñîëíöå – çâåçäà ñïåêòðàëüíîãî êëàññà G2. Ðàäèóñ. Êðîìå Ñîëíöà è ïàðû áëèæàéøèõ çâ¸çä, ðàçìåðû êîòîðûõ ðàçëè÷èìû â òåëåñêîï, âñå çâ¸çäû – òî÷å÷íûå îáúåêòû. È âñ¸ æå èõ ðàäèóñû R õîðîøî îïðåäåëÿþòñÿ ïî ñâåòèìîñòè è ñïåêòðàëüíîìó êëàññó çâåçäû. Çâ¸çäû – «îïòè÷åñêè òîëñòûå», îíè èçëó÷àþò êàê àáñîëþòíî ÷¸ðíûå òåëà: L = 4πR2 ⋅ σTï4, (6) ãäå σ – ïîñòîÿííàÿ Ñòåôàíà–Áîëüöìàíà. Ìàññà. Ýòî ñàìàÿ «òðóäíàÿ» õàðàêòåðèñòèêà, ò.ê. íåò óíèâåðñàëüíîãî ñïîñîáà «âçâåøèâàíèÿ» çâ¸çä. Òî÷íî èçìåðÿþòñÿ òîëüêî ìàññû çâ¸çä, âõîäÿùèõ â âèäèìóþ äâîéíóþ ñèñòåìó. Äëÿ íèõ ïî èçâåñòíîìó îðáèòàëüíîìó ïåðèîäó Ð, ðàçìåðó ñèñòåìû a, ëó÷åâûì ñêîðîñòÿì êîìïîíåíòîâ (äîïëåðîâñêîìó ñìåùåíèþ ëèíèé) è òðåòüåìó çàêîíó Êåïëåðà G ( M1 + M2 ) a3 = 2 P 4 π2 îïðåäåëÿþòñÿ îáå ìàññû. Äëÿ ñïåêòðàëüíî-äâîéíûõ ìîæíî íàéòè òîëüêî Ìsin3ϕ, ãäå ϕ – íåèçâåñòíûé óãîë ïëîñêîñòè îðáèòû ê ëó÷ó çðåíèÿ. Ñîâñåì íåèçìåðèìà ìàññà îäèíî÷íîé çâåçäû (ïîêà ê íåé íå ïîäëåòèò êîñìè÷åñêèé êîðàáëü). Òåì íå ìåíåå ìàññû âñåõ çâ¸çä ìîæíî íàéòè, ïîëüçóÿñü ïðàâèëîì: çâ¸çäû îäèíàêîâûõ ñïåêòðàëüíûõ êëàññîâ è àáñîëþòíûõ çâ¸çäíûõ âåëè÷èí îáëàäàþò ðàâíûìè ìàññàìè. Äèàãðàììà ñïåêòð–ñâåòèìîñòü. Áîëüøîå çíà÷åíèå äëÿ âûÿñíåíèÿ ýâîëþöèè çâ¸çä èìååò äèàãðàììà ñïåêòð–ñâåòèìîñòü, ïðåäëîæåííàÿ ñíà÷àëà äàòñêèì àñòðîíîìîì Ý.Ãåðöøïðóíãîì, à ïîçäíåå àìåðèêàíöåì Ã.Ðåññåëîì (ðèñ. 1). Êàê âèäíî, çâ¸çäû ãðóïïèðóþòñÿ â îïðåäåë¸ííûõ ìåñòàõ. Íàèáîëåå âàæíûìè ÿâëÿþòñÿ: Ãëàâíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü (ÃÏ) è âåòâè – êðàñíûõ ãèãàíòîâ, ñâåðõãèãàíòîâ, áåëûõ êàðëèêî⠖ çâ¸çä ðàííèõ ÑÊ è ìàëîé ñâåòèìîñòè (Ì = 10–15). Êðàñíûå ãèãàíòû, èìåÿ áîëüøóþ ïî ñðàâíåíèþ ñ Ñîëíöåì L è ìåíüøóþ Òï, ñîãëàñíî ôîðìóëå (6) äîëæíû áûòü áîëüøîãî ðàçìåðà (10–100 RC). Ñîîòâåòñòâåííî áåëûå êàðëèêè, èìåÿ áîëåå ðàííèé ÑÊ è ìåíüøóþ L, áóäóò ìåíüøåãî ðàçìåðà (10–2–10–3 RÑ). Óêàçàíèå íà òî, ÷òî çâ¸çäû ïåðåõîäÿò èç îäíîé îáëàñòè â äðóãóþ, áûëî ïîëó÷åíî ïðè èçó÷åíèè çâ¸çäíûõ ñêîïëåíèé. ×åì áîëüøå âîçðàñò ñêîïëåíèÿ, òåì ðåç÷å âûðàæåí îòõîä çâ¸çä îò ÃÏ âïðàâî è ââåðõ, â îáëàñòü êðàñíûõ ãèãàíòîâ, ÷òî îáúÿñíÿåòñÿ ðàçíîé ñêîðîñòüþ ýâîëþöèè çâ¸çä. Ìàññèâíûå çâ¸çäû â âåðõíåé ÷àñòè ÃÏ ýâîëþöèîíèðóþò áûñòðî, ïîêèäàÿ å¸ ÷åðåç äåñÿòêè ìèëëèîíîâ ëåò è ñòàíîâÿñü êðàñíûìè ãèãàíòàìè, òîãäà êàê çâ¸çäû ìàññàìè ìåíüøå ñîëíå÷íîé, îáëàäàÿ çàìåäëåííûì òåìïîì, ïðåáûâàþò íà ÃÏ íàìíîãî äîëüøå. Ýòàïû çâ¸çäíîé ýâîëþöèè.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ñîçäàíû íå òîëüêî ñòàòè÷åñêèå ìîäåëè çâ¸çä, íî è ïðîñëåæåíû ïåðåõîäû ìåæäó ýâîëþöèîííî ñâÿçàííûìè çâ¸çäàìè. Ëó÷øå ýâîëþöèÿ èçó÷åíà äëÿ ìàññèâíûõ çâ¸çä (> ÌÑ). Îíè íàèáîëåå èíòåðåñíû, ò.ê. ñðàâíèòåëüíî áûñòðî ýâîëþöèîíèðóþò è îáðàçóþò íàáëþäàåìîå â Ãàëàêòèêå çâ¸çäíîå îáèëèå. Çâ¸çäû ìàëûõ ìàññ (< ÌÑ) íàõîäÿòñÿ â íà÷àëå ýâîëþöèîííîãî ïóòè è ïîýòîìó «íåàêòóàëüíû». Ðàç çâåçäà «æèâ¸ò» çà ñ÷¸ò òåðìîÿäåðíûõ ïðîöåññîâ è çàïàñû «ãîðþ÷åãî» îãðàíè÷åíû, îíà íåèçáåæíî äîëæíà èìåòü îãðàíè÷åííûé âîçðàñò. Ñòàäèÿ ïðîòîçâåçäû. Ãàçîïûëåâîå îáëàêî, ïîòå- ! Ôèçèêà ¹ 19/05 ãäå ð, ρ, Ò – äàâëåíèå, ïëîòíîñòü è òåìïåðàòóðà, R0 – óíèâåðñàëüíàÿ ãàçîâàÿ ïîñòîÿííàÿ, µ – ñðåäíèé ìîëåêóëÿðíûé âåñ, ïðîòèâîäåéñòâóåò ãðàâèòàöèîííîìó ñæàòèþ, ÷òî îáåñïå÷èâàåò óñòîé÷èâîñòü çâåçäû. Çà ýòî âðåìÿ îíà ñîâåðøàåò ëèøü íåáîëüøèå ïåðåìåùåíèÿ â ïðåäåëàõ ïîëîñû. Ñâåòèìîñòü çâåçäû â áîëüøîé ñòåïåíè çàâèñèò îò ìàññû (ôîðìóëà ïîëó÷åíà äëÿ ðàäèàöèîííîãî ïåðåíîñà): + L ∼ µ4M3/S, (8) ãäå S – êîýôôèöèåíò ïîãëîùåíèÿ èçëó÷åíèÿ. Èç (8) ñëåäóåò,÷òî âðåìÿ æèçíè íà ÃÏ – ôóíêöèÿ ìàññû çâåçäû: tãï ~ M/L ~ 1/M2. (9) ×åì áîëüøå M, òåì âûøå ñâåòèìîñòü è òåì áûñòðåå çâåçäà «ïðîæèãàåò æèçíü», èñòîùàÿ çàïàñû âîäîðîäà. Çâ¸çäû ñ Ì = = (10–100)ÌÑ æèâóò íà ÃÏ 108–107 ëåò, à ñ ìàññîé ~0,1ÌÑ – áîëåå 1010 ëåò. Ñòàäèÿ êðàñíîãî ãèãàíòà. Îòõîä çâåçäû ñ ÃÏ íà÷èíàåòñÿ, êîãäà âûãîðèò 90% âîäîðîäà â öåíòðå, ïðåâðàòèâøèñü â ãåÐèñ. 1. Äèàãðàììà Ãåðöøïðóíãà–Ðåññåëà (ÖÐ) äëÿ ëèé. Ìîäåëü êðàñíîãî ãèãàíòà, ââåä¸ííàÿ çâ¸çä Ãàëàêòèêè. Êðåñòèêîì îáîçíà÷åíî Ñîëíöå Ãàìîâûì è Êðè÷ôèëäîì, îñíîâàíà íà èäåå «ïåðèôåðèéíîãî» ãîðåíèÿ âîäîðîäà. Òåðìîÿäåðíûé èñòî÷íèê ðàáîòàåò òåïåðü â ñôåðÿâ ãðàâèòàöèîííóþ óñòîé÷èâîñòü, ñæèìàåòñÿ â ãàçîðè÷åñêîì ñëîå âîêðóã ãåëèåâîãî ÿäðà.  öåíòðå ýíåðâûé øàð, òåìïåðàòóðà è äàâëåíèå â êîòîðîì ïîñòîÿíãèÿ íå âûäåëÿåòñÿ èç-çà îòñóòñòâèÿ âîäîðîäà è íåó÷àíî ðàñòóò. Êîãäà òåìïåðàòóðà äîñòèãàåò 106 Ê, âêëþñòèÿ ãåëèÿ â ðåàêöèÿõ ïðè Ò < 108 Ê. Äâå òåíäåíöèè ÷àåòñÿ òåðìîÿäåðíûé èñòî÷íèê – íà÷èíàþò ñãîðàòü â îïðåäåëÿþò ïîâåäåíèå çâåçäû íà ýòîì ýòàïå: ðàäèàëüÿäåðíûõ ðåàêöèÿõ «èñêîïàåìûå» ýëåìåíòû (äåéòåðèé, íîå ðàñøèðåíèå çîíû ãîðåíèÿ è ñæàòèå è ðàçîãðåâ ãåãåëèé-3, ëèòèé). Èç-çà íåâûñîêîé òåìïåðàòóðû è ìàëèåâîãî ÿäðà. Ñâåòèìîñòü çâåçäû âîçðàñòàåò, íî èç-çà ëîé ïðîçðà÷íîñòè âåùåñòâà òåïëî ïåðåäà¸òñÿ êîíâåêçíà÷èòåëüíîãî óâåëè÷åíèÿ ðàäèóñà, âûçâàííîãî ïåðèöèåé. Çâåçäà – ñïëîøíàÿ êîíâåêòèâíàÿ çîíà. Òåìïåðàôåðèéíûì ãîðåíèåì è ðàäèàöèîííûì äàâëåíèåì, Òï òóðà ïîâåðõíîñòè íå ïðåâûøàåò 103 Ê, ïîýòîìó ïðîòîïàäàåò. Çâåçäà ñìåùàåòñÿ ñ ÃÏ ââåðõ è âïðàâî (ðèñ. 2). çâ¸çäû äîëæíû èçëó÷àòü â ÈÊ-äèàïàçîíå è èç-çà êîíÇâ¸çäû ðàçíûõ ìàññ ñ òàêèìè ýâîëþöèîííûìè òðåêàâåêöèè áûòü ñèëüíî ïåðåìåííûìè. Çâ¸çäû ñ ïîõîæèìè è îáðàçóþò âåòâü êðàñíûõ ãèãàíòîâ. Êðàñíûé ãèìè ñâîéñòâàìè äåéñòâèòåëüíî íàáëþäàþòñÿ. Èõ ìåñòî ãàíò ñîñòîèò èç òð¸õ çîí. Öåíòðàëüíîå, î÷åíü ìàëîå ïî íà äèàãðàììå ÖР– ñïðàâà îò ÃÏ, îòêóäà îíè ïîäõîðàçìåðó, ïëîòíîå ÿäðî, â êîòîðîì ñîñðåäîòî÷åíà áîëüäÿò ê íåé, ñòàíîâÿñü íîðìàëüíûìè çâ¸çäàìè. Ýòà ñòàøàÿ ìàññà, èìååò âûñîêóþ òåìïåðàòóðó äèÿ î÷åíü ìèìîë¸òíà (~105 ëåò), ïîýòîìó íàáëþäàå(~5 ⋅ 107 Ê), íî ýíåðãîïàññèâíî.  ñôåðè÷åñêîì ñëîå ìûõ ïðîòîçâ¸çä ìàëî. ñðåäíåé ïëîòíîñòè (Ò ∼ 2 ⋅ 107 Ê), îêðóæàþùåì ÿäðî, Ñòàäèÿ Ãëàâíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè íàñòóïàåò, ãîðèò âîäîðîä, ïîääåðæèâàÿ ñâåòèìîñòü çâåçäû. Âíåêîãäà òåìïåðàòóðà â öåíòðå äîñòèãàåò 107 Ê è íà÷èíàøíÿÿ ÷àñòü, ðàñïîëîæåííàÿ çà çîíîé ãîðåíèÿ, èìååò åòñÿ ÿäåðíîå ãîðåíèå âîäîðîäà. Çàíÿâ ñâî¸ ìåñòî íà ìàëóþ ïëîòíîñòü è ñðàâíèòåëüíî íèçêóþ òåìïåðàòóÃÏ, îïðåäåëÿåìîå èñõîäíîé ìàññîé, çâåçäà â òå÷åíèå ðó, ñëàáî ñâÿçàíà ñ ÿäðîì è ëåãêî ðàñøèðÿåòñÿ, óâåëèìèëëèàðäîâ ëåò îñòà¸òñÿ â ñòàöèîíàðíîì ñîñòîÿíèè ÷èâàÿ ðàäèóñ çâåçäû. Òï óáûâàåò, â ñâÿçè ñ ÷åì êðàñââèäó áîëüøèõ çàïàñîâ âîäîðîäà.  öåíòðå çâåçäû ñòàíûå ãèãàíòû çàíèìàþò ïîçäíèå ñïåêòðàëüíûå êëàññû áèëüíî ðàáîòàåò òåðìîÿäåðíûé ðåàêòîð íà ðð- èëè CN(îò G äî Ì). Òåìï ñìåùåíèÿ çâåçäû íà äèàãðàììå Ö öèêëàõ â çàâèñèìîñòè îò å¸ ñîñòàâà è òåìïåðàòóðû. Ð íàðàñòàåò ïî ìåðå îòõîäà îò ÃÏ. Íà÷àëüíûå ó÷àñòêè Äàâëåíèå íàãðåòîãî ãàçà â ñîîòâåòñòâèè ñ óðàâíåíèåì ýâîëþöèîííîãî òðåêà êðàñíûé ãèãàíò ïðîõîäèò çà ~108 ñîñòîÿíèÿ ëåò, ïîñëåäíèå – çà ~106 ëåò. Òåìï ýâîëþöèè íàðàñòàåò (7) â ñâÿçè ñ ãðàâèòàöèîííûì ñæàòèåì è âêëþ÷åíèåì ÿäåðð = R0ρT/µ, íûõ ðåàêöèé, èäóùèõ òîëüêî ïî ñèëüíîìó âçàèìîäåé- " Ôèçèêà ¹ 19/05 íàãðåòîãî ãàçà â òåëàõ áîëüøîé ïëîòíîñòè ïðèõîäèò äàâëåíèå âûðîæäåííîãî ýëåêòðîííîãî ãàçà, ïîä÷èíÿþùåãîñÿ ñòàòèñòèêå Ôåðìè–Äèðàêà: Ðýã = nå EF, (10) ãäå nå – ïëîòíîñòü ýëåêòðîíîâ, ÅF – ýíåðãèÿ Ôåðìè, ìàêñèìàëüíàÿ ýíåðãèÿ çàïîëíåííûõ ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé. Èç ñîîòíîøåíèÿ íåîïðåäåë¸ííîñòè ìîæíî ïîëó÷èòü pF = Cn1/3. Ñâÿçü ýíåðãèè è èìïóëüñà äà¸òñÿ îäíèì èç âûðàæåíèé: à) ÅF = ðF2/(2me) äëÿ íåðåëÿòèâèñòñêîãî ãàçà (Å n mec2); á) E F = p F c äëÿ ðåëÿòèâèñòñêîãî ãàçà (Å . mec2). Ïåðåõîä îò à ê á ïðîèñõîäèò ïðè ïëîòíîñòè ~106 ã/ ñì3.  ðåçóëüòàòå óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ âûðîæäåííîãî ýëåêòðîííîãî ãàçà (10) áóäåò äâîÿêèì: ïîâåðõíîñòè Ðèñ. 2. Ýâîëþöèîííûé òðåê êðàñíîãî ãèãàíòà ìàññîé > 1,2ÌÑ ñòâèþ, âåðîÿòíîñòü êîòîðûõ ðåçêî ðàñò¸ò ñ òåìïåðàòóðîé. Êîãäà ÿäðî íàãðååòñÿ äî òåìïåðàòóðû â öåíòðå Òö = 108 Ê, â í¸ì âñïûõèâàåò òðîéíàÿ ãåëèåâàÿ ðåàêöèÿ: 34Íå → 12Ñ. «Ãåëèåâàÿ âñïûøêà» åù¸ ïîâûøàåò Òö, ÷òî ïðèâîäèò ê «óãëåðîäíîé âñïûøêå», çàòåì «êèñëîðîäíîé âñïûøêå» è ò.ä. – âêëþ÷åíèþ âñ¸ áîëåå òÿæ¸ëûõ ÿäåð â ïðîöåññ òåðìîÿäåðíîãî ãîðåíèÿ. Ïðè Òö = 109 Ê èäóò âñå âûãîäíûå ðåàêöèè òåðìîÿäåðíîãî ñèíòåçà, îáðàçóÿ ÿäðà ýëåìåíòîâ äî ãðóïïû æåëåçà – íàèáîëåå «ïðî÷íûå», äàëüøå êîòîðûõ âûãîäíûé òåðìîÿä íå èä¸ò. Çà êîðîòêîå âðåìÿ (~103 ëåò) çâåçäà ñîñêàëüçûâàåò ñ âåòâè êðàñíûõ ãèãàíòîâ. Äàëüíåéøàÿ å¸ ñóäüáà çàâèñèò îò ìàññû. Îòíîñèòåëüíî «ìèðíûé» ïóòü ïðîõîäÿò çâ¸çäû ìàëîé ìàññû (< 1,2ÌÑ). Îò íèõ îñòà¸òñÿ âíåøíÿÿ ðàñøèðèâøàÿñÿ îáîëî÷êà, íàçûâàåìàÿ ïëàíåòàðíîé òóìàííîñòüþ (ñî âðåìåíåì èñ÷åçàþùåé), è ÿðêàÿ ïåðåìåííàÿ çâåçäà â öåíòðå – áûâøåå ÿäðî êðàñíîãî ãèãàíòà. Ñòàäèÿ áåëîãî êàðëèêà. Ïðîèñõîäèò íîâàÿ ìåòàìîðôîçà: îáíàæ¸ííîå ÿäðî êðàñíîãî ãèãàíòà, îñòûâàÿ, ïðåâðàùàåòñÿ â áåëûé êàðëèê. Åãî îòëè÷èòåëüíûå ÷åðòû – áîëüøàÿ ïëîòíîñòü (105–107 ã/ñì3), âûñîêàÿ Òï, îäíîðîäíîñòü è ïðîçðà÷íîñòü âåùåñòâà. Ýòî çâåçäà íèçêîé ñâåòèìîñòè (èç-çà ìàëîãî ðàçìåðà) ñ ïî÷òè ïîëíîé îñòàíîâêîé òåðìîÿäåðíûõ ðåàêöèé. Ëèøü âî âíåøíèõ ñëîÿõ, ãäå åù¸ ñîõðàíèëèñü ë¸ãêèå ÿäðà (Íå, Ñ, Î è äð.), ðåàêöèè íåêîòîðîå âðåìÿ èäóò. Áåëûé êàðëèê èçëó÷àåò çà ñ÷¸ò ýíåðãèè, íàêîïëåííîé íà ñòàäèè ÿäðà êðàñíîãî ãèãàíòà. Ýòîãî çàïàñà ïðè ìàëîé ñâåòèìîñòè (L g 1030 ýðã/ñ) õâàòàåò íà 108 ëåò. Ïîñòåïåííî îñòûâàÿ, áåëûé êàðëèê ïðåâðàùàåòñÿ â ÷¸ðíûé êàðëèê – íåâèäèìûé «îãàðîê» óãàñøåé çâåçäû. Çâ¸çäû âûñîêîé ïëîòíîñòè. ×òî ïðîòèâîñòîèò ñèëàì ñæàòèÿ â áåëîì êàðëèêå? Òàê êàê ÿäåðíîå ãîðþ÷åå èñ÷åðïàíî, îáû÷íîå ãàçîâîå äàâëåíèå (7), îáåñïå÷èâàâøåå ðàâíîâåñèå çâåçäû, ïàäàåò ïî ìåðå îñòûâàíèÿ è íå ñäåðæèâàåò êîëëàïñ. Íà ñìåíó äàâëåíèþ Pýã = Aρ5/3 äëÿ ρ < 106 ã/ñì2, (11) Ðýã = Bρ4/3 äëÿ ρ > 106 ã/ñì2. (12) Îöåíèì ãðàâèòàöèîííîå äàâëåíèå: 2 4 M2 : M 3 ρ3 , (13) S R4 ãäå S – ïëîùàäü ïîâåðõíîñòè çâåçäû, R – å¸ ðàäèóñ, ρ ~ Ì/R3 – ïëîòíîñòü. Èç ñðàâíåíèÿ (11) è (13) ñëåäóåò, ÷òî äëÿ ρ < 106 ã/ñì3 âîçðàñòàíèå Ðýã ïî ìåðå ñæàòèÿ çâåçäû ïðîèñõîäèò áûñòðåå, ÷åì Ðãð, â ðåçóëüòàòå ÷åãî çâåçäà, óïëîòíèâøèñü, ñäåðæèò ãðàâèòàöèîííîå ñæàòèå. Íî äëÿ ρ > 106 ã/ñì3 çàâèñèìîñòè Ðýã è Ðãð îò ρ îäèíàêîâû è ïðîòèâîñòîÿòü ãðàâèòàöèîííûì ñèëàì çà ñ÷¸ò óâåëè÷åíèÿ ρ ñòàíåò íåâîçìîæíî. Îñíîâíóþ ðîëü íà÷í¸ò èãðàòü ìàññà çâåçäû – ôàêòîð Ì2/3 â (13). Ðàñ÷¸òû ïîêàçûâàþò, ÷òî äî íåêîòîðîé ïðåäåëüíîé ìàññû áóäåò ñîõðàíÿòüñÿ ðàâåíñòâî Ðýã = Ðãð, ÷òî îáåñïå÷èò ñòàáèëüíîå ñóùåñòâîâàíèå áåëîãî, à çàòåì è ÷¸ðíîãî êàðëèêîâ (÷àíäðàñåêàðîâñêèé ïðåäåë): Pã ð = Fã ð : Ìïð = 1,2ÌÑ. (14) Äëÿ áîëåå ìàññèâíûõ çâ¸çä âûðîæäåííûé ýëåêòðîííûé ãàç íå ñìîæåò îñòàíîâèòü ãðàâèòàöèîííîå ñæàòèå. Çâåçäà áóäåò ïðîäîëæàòü ñæèìàòüñÿ, óâåëè÷èâàÿ ïëîòíîñòü. Ïðè ρ . 106 ã/ñì3 ïîéäóò ðåàêöèè îáðàòíîãî áåòà-ðàñïàäà (íåéòðîíèçàöèÿ), êîãäà ýëåêòðîíû ïîãëîùàþòñÿ ÿäðàìè, èçìåíÿÿ èõ çàðÿä. Åñëè íà÷àòü ñ ÿäåð æåëåçà (ãëàâíîãî «îñòàòêà» ðåàêöèé ñèíòåçà): 56Fe + e– → 56Mn + ν ïðè ρ = 109 ã/ñì3, ïîñëåäóåò ïðîäîëæåíèå: 56Mn + e– → 56Cr +ν è ò.ä. äî ÿäåð, ñèëüíî ïåðåãðóæåííûõ íåéòðîíàìè. Ýòè ÿäðà íåñòàáèëüíû, íî ïðîöåññ êàòàñòðîôè÷åñêîãî ñæàòèÿ ïðîèñõîäèò î÷åíü áûñòðî.  ðàññìàòðèâàåìîé öåïî÷êå ïðåâðàùåíèé íàñòóïèò ìîìåíò, êîãäà # Ôèçèêà ¹ 19/05 ýíåðãèÿ ñâÿçè íåéòðîíîâ â ÿäðå ñòàíåò ðàâíîé íóëþ è îíè íà÷íóò ïîêèäàòü ÿäðî: 56Mg + e– → 55Na + n + ν (ρ = 4 ⋅ 1011 ã/ñì3). Äàëüíåéøåå ñæàòèå ïðèâåä¸ò ê âûäåëåíèþ ñâîáîäíûõ íåéòðîíîâ, òàê ÷òî ïðè ρ = 2 ⋅ 1014 ã/ñì3 çâåçäà íà 99% áóäåò ñîñòîÿòü èç íåéòðîíîâ. 1% îñòàíåòñÿ íà ïðîòîíû è ýëåêòðîíû, êîòîðûå çàéìóò âñå íèæíèå ýíåðãåòè÷åñêèå óðîâíè, îáåñïå÷èâ ñòàáèëüíîñòü íåéòðîííîãî âåùåñòâà çâåçäû. Íåéòðîííûå çâ¸çäû è ÷¸ðíûå äûðû.  ðåçóëüòàòå íåéòðîíèçàöèè âåùåñòâî êîëëàïñèðóþùåé çâåçäû ñòàíåò íåéòðîííûì, à åãî ïëîòíîñòü òàêîé æå, êàê ó àòîìíûõ ÿäåð. Ãðàâèòàöèîííîìó ñæàòèþ ïðîòèâîñòîèò äàâëåíèå âûðîæäåííîãî íåðåëÿòèâèñòñêîãî íåéòðîííîãî ãàçà. Òàê êàê íåéòðîí â 2000 ðàç òÿæåëåå ýëåêòðîíà, íåéòðîííûé ãàç ñòàíåò ðåëÿòèâèñòñêèì ïðè áîëåå âûñîêîé ïëîòíîñòè, äî êîòîðîé íåéòðîííàÿ çâåçäà áóäåò ñòàáèëüíà. Äëÿ ðåëÿòèâèñòñêîãî íåéòðîííîãî ãàçà, êàê è äëÿ ýëåêòðîííîãî, ãàçîâîå äàâëåíèå ïðîïîðöèîíàëüíî ρ4/3 è ìîæåò óðàâíÿòü ãðàâèòàöèîííîå, åñëè ìàññà çâåçäû ìåíüøå êðèòè÷åñêîé. Ðàñ÷¸òû ïî ÎÒÎ äàëè Ìêð = (2,5÷4)ÌÑ. (15) Êîíå÷íûì ýòàïîì ýâîëþöèè çâ¸çä ìàññàìè (1,2÷4)ÌÑ áóäåò íåéòðîííàÿ çâåçäà. Ýòîò âûâîä áûë ñäåëàí Â.Áààäå, Ô.Öâèêêè è Ë.Ä.Ëàíäàó â 1932 ã. Íåéòðîííûå çâ¸çäû èìåþò ÿäåðíóþ ïëîòíîñòü, ðàäèóñ ~10 êì è î÷åíü íèçêóþ ñâåòèìîñòü ââèäó ìàëîé ïîâåðõíîñòè, ïîýòîìó èõ ïðàêòè÷åñêè íå âèäíî. Íî îíè îáíàðóæèâàþò ñåáÿ êàê ðàäèîïóëüñàðû – èñòî÷íèêè ïåðèîäè÷åñêèõ èìïóëüñîâ ðàäèîèçëó÷åíèÿ. Ó ìîëîäûõ ïóëüñàðîâ íàáëþäàåòñÿ òàêæå ïåðèîäè÷åñêîå ðåíòãåíîâñêîå è ãàììà-èçëó÷åíèå. Êîëëàïñ çâ¸çä ìàññàìè Ì > Ìêð íåëüçÿ îñòàíîâèòü. Îíè, ñæèìàÿñü äî ñèíãóëÿðíîñòè (R = 0, ρ = ×), ñòàíîâÿòñÿ ÷¸ðíûìè äûðàìè (Ð.Îïïåíãåéìåð, 1939 ã.). Êîãäà çâåçäà ñîæì¸òñÿ äî ðàçìåðà, íàçûâàåìîãî ãðàâèòàöèîííûì ðàäèóñîì Rãð, îíà èñ÷åçíåò äëÿ íàáëþäàòåëÿ, ò.ê. íèêàêîå èçëó÷åíèå íå ìîæåò ïðåîäîëåòü å¸ ãðàâèòàöèîííîãî ïîòåíöèàëà. Âûðàæåíèå äëÿ Rãð áûëî ïîëó÷åíî åù¸ Ëàïëàñîì (1798 ã.!), íî èç íåïðàâèëüíûõ ïîñûëîê, è âòîðè÷íî âûâåäåíî Ýéíøòåéíîì â åãî òåîðèè ãðàâèòàöèè (ÎÒÎ): Rãð= 2GM/c2. (16) Ïåðåõîä ÿäðà êðàñíîãî ãèãàíòà â íåéòðîííóþ çâåçäó èëè ÷¸ðíóþ äûðó íàáëþäàåòñÿ êàê âñïûøêà Ñâåðõíîâîé. 2. Ñâåðõíîâûå Âå÷íûé ïîêîé ñåðäöå âðÿä ëè îáðàäóåò. Âå÷íûé ïîêîé – äëÿ ñåäûõ ïèðàìèä. À äëÿ çâåçäû, ÷òî ñîðâàëàñü è ïàäàåò, Åñòü òîëüêî ìèã, îñëåïèòåëüíûé ìèã. À.Çàöåïèí Êðàéíèé ôëàíã ïåðåìåííûõ çâ¸çä, ñàìûõ íåñïî- êîéíûõ, çàíÿëè Ñâåðõíîâûå. Ñòðîãî ãîâîðÿ, ýòî äàæå íå çâ¸çäû, à èõ ïðåäñìåðòíûé êðèê – ïîñëå èñ÷åðïàíèÿ âñåõ òîïëèâíûõ ðåñóðñîâ è íåâîçìîæíîñòè óñòîÿòü ïåðåä ãðàâèòàöèîííûì ñæàòèåì. Ïîíÿòèå Ñâåðõíîâîé (ÑÍ) ïîÿâèëîñü â íà÷àëå ïðîøëîãî âåêà, êîãäà îñîçíàëè, ÷òî ðåäêèå ÿðêèå âñïûøêè íà íåáå (èíîãäà äàæå äí¸ì) – íå áëèçêîå, à î÷åíü äàë¸êîå ÿâëåíèå, ïðîèñõîäÿùåå â ãëóáèíàõ Ãàëàêòèêè èëè â ñîñåäíèõ ãàëàêòèêàõ. Èç èñòîðè÷åñêèõ õðîíèê è çàïèñåé ïðèäâîðíûõ àñòðîëîãîâ áûëè íàéäåíû è ïîçäíåå îòîæäåñòâëåíû ñ íåáåñíûìè îáúåêòàìè «èñòîðè÷åñêèå Ñâåðõíîâûå» – òå, ÷òî ïðîèçîøëè çà äâà ïîñëåäíèõ òûñÿ÷åëåòèÿ. Èõ íàáðàëîñü ñ äåñÿòîê, íà ìåñòå, ãäå îíè âñïûõíóëè, åñëè îíî áûëî óêàçàíî òî÷íî, áûëè îáíàðóæåíû îñòàòêè âçîðâàâøåéñÿ çâåçäû: ðàñøèðÿþùàÿñÿ îáîëî÷êà ãàçà è, â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ, ïóëüñàð (áûñòðî âðàùàþùàÿñÿ íåéòðîííàÿ çâåçäà). Çíàìåíèòàÿ Êðàáîâèäíàÿ òóìàííîñòü – îñòàòîê ÑÍ 1054 ã., ïðèðîäíàÿ ëàáîðàòîðèÿ ôèçèêè Ñâåðõíîâûõ. Áûëî îòêðûòî ìíîãî åù¸ áîëåå ñòàðûõ îñòàòêîâ ÑÍ – îñòûâøèõ, ðàññåÿííûõ â îêðóæàþùåì ïðîñòðàíñòâå, íî âñ¸ åù¸ âèäíûõ â ðàäèîäèàïàçîíå. Ñâåðõíîâûå îêàçàëèñü íàñòîëüêî ÿðêèìè, ÷òî èõ ìîæíî âèäåòü â äàë¸êèõ ãàëàêòèêàõ, ñ ðàññòîÿíèé â ìèëëèàðäû ñâåòîâûõ ëåò. «Ñëóæáà Ñâåðõíîâûõ» ðåãèñòðèðóåò åæåãîäíî äåñÿòêè âñïûøåê ÑÍ â äðóãèõ ãàëàêòèêàõ, à â 1987 ã. òàêàÿ âñïûøêà ïðîèçîøëà äîñòàòî÷íî áëèçêî – â Áîëüøîì Ìàãåëëàíîâîì Îáëàêå, êàðëèêîâîé ãàëàêòèêå, îòñòîÿùåé îò íàñ íà 55 êïê. ÑÍ-1987à, êàê å¸ íàçâàëè, äàëà âàæíûå ñâåäåíèÿ î ôèçèêå Ñâåðõíîâûõ.  30-õ ãã. ïðîøëîãî âåêà Ð.Ìèíêîâñêèé ðàçäåëèë Ñâåðõíîâûå íà äâà òèïà – ÑÍ-I è ÑÍ-II. Íàèáîëåå ìîùíàÿ ÑÍ-II ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âçðûâ â ðåçóëüòàòå ãðàâèòàöèîííîãî êîëëàïñà ìàññèâíîé çâåçäû.  ýòî âðåìÿ çâ¸çäíàÿ ñåðäöåâèíà ñîñòîèò èç ÿäåð æåëåçà (êîíå÷íîãî ïðîäóêòà òåðìîÿäåðíîãî ãîðåíèÿ), óãëåðîäà, êðåìíèÿ è äðóãèõ ýëåìåíòîâ, îáðàçîâàííûõ â ðåàêöèÿõ ñèíòåçà. Èç-çà ðåçêîãî ñîêðàùåíèÿ òåìïà ðåàêöèé è ïîíèæåíèÿ òåìïåðàòóðû öåíòðàëüíàÿ ÷àñòü çâåçäû òåðÿåò óñòîé÷èâîñòü, êàòàñòðîôè÷åñêè ñæèìàÿñü. Ýòî, â ñâîþ î÷åðåäü, âûçûâàåò ðàçîãðåâ ñëî¸â, ãäå åù¸ ñîõðàíèëèñü ÿäðà, ïðèãîäíûå äëÿ ñèíòåçà, è èõ áûñòðîå âêëþ÷åíèå â òåðìîÿäåðíîå ãîðåíèå. Äåòîíàöèÿ ÿäåðíîãî ãîðþ÷åãî ïðèíèìàåò âèä âçðûâà ñ âûáðîñîì çâ¸çäíîé îáîëî÷êè, áîëüøîãî ÷èñëà ïðîäóêòîâ ÿäåðíîãî ãîðåíèÿ è îáðàçîâàíèåì â öåíòðå íåéòðîííîé çâåçäû èëè ÷¸ðíîé äûðû, â çàâèñèìîñòè îò ìàññû çâåçäû â ìîìåíò êîëëàïñà. Åñëè ìàññà íåâåëèêà (1,2÷4)ÌÑ, îñòàòêîì áóäåò íåéòðîííàÿ çâåçäà. Ó áîëåå ìàññèâíûõ çâ¸çä íåò ñèëû, ïðîòèâîñòîÿùåé êîëëàïñó. Îíè ïðåâðàùàþòñÿ â ÷¸ðíûå äûðû – îáðàçîâàíèÿ, ëèø¸ííûå êàêîé-ëèáî ñòðóêòóðû, â èäåàëå ñæàòûå äî ñèíãóëÿðíîñòè. Èç ÷¸ðíîé äûðû, îáëàäàþùåé ãèãàíòñêèì ãðàâèòàöèîííûì ïîòåíöèàëîì, íå ìîæåò âûðâàòüñÿ íè ìàòåðèàëüíûé îáúåêò, íè èçëó÷åíèå – íèêàêîé èíôîðìàöèîííûé ñèãíàë. Ýòè «íåâèäèìêè» ïðîÿâëÿþò ñåáÿ $ Ôèçèêà ¹ 19/05 òîëüêî ÷åðåç ãðàâèòàöèþ è ìîãóò áûòü çàìå÷åíû ïî îòêëîíåíèþ ñîñåäíèõ çâ¸çä è ïîòîêîâ ãàçà. Âñïûøêà ÑÍ-II äëèòñÿ íåñêîëüêî ìåñÿöåâ. Òåîðèÿ ïðåäñêàçûâàåò êðàòêîâðåìåííûé (~10 ñ) âñïëåñê íåéòðèííîãî èçëó÷åíèÿ â íà÷àëå êîëëàïñà, óíîñÿùèé áîëüøóþ ÷àñòü ýíåðãèè âçðûâà. ÑÍ-1987à, õàðàêòåðíûé ïðåäñòàâèòåëü ÑÍ-II, ïîäòâåðäèëà ýòîò âûâîä: êîðîòêèé íåéòðèííûé ñèãíàë áûë çàðåãèñòðèðîâàí. Èçìåðåííàÿ ïî ýòèì äàííûì ýíåðãèÿ Ñâåðõíîâîé ñîñòàâèëà ÅÑÍ = 1053 ýðã, ÷òî íàìíîãî áîëüøå èíûõ çâ¸çäíûõ âñïûøåê è íà ïîðÿäêè ïðåâûøàåò ñòàöèîíàðíóþ ýíåðãåòèêó ñàìûõ «ãîðÿ÷èõ» çâ¸çä. Ñâåðõíîâûå äîëãîå âðåìÿ îñòàâàëèñü ëèäåðàìè çâ¸çäíîãî ìèðà. Êîíêóðåíòîâ ñðåäè çâ¸çä, êàçàëîñü, íå ìîãëî áûòü. Íî îíè íàøëèñü, ïðè÷¸ì, îêàçàëîñü, áûëè èçâåñòíû óæå äàâíî, íî óìåëî ñêðûâàëè ñâîé âûñîêèé ïîòåíöèàë. Êîñìè÷åñêèå ãàììà-âñïëåñêè.  êîíöå 60-õ ãã. áûëè îáíàðóæåíû ñòðàííûå êîñìè÷åñêèå ãàììà-âñïëåñêè – êðàòêîâðåìåííûå (íå áîëüøå ìèíóò) ïîòîêè ðåíòãåíîâñêîãî è ãàììà-èçëó÷åíèÿ, ïðèõîäÿùèå íåèçâåñòíî îòêóäà. Ãàììàâñïëåñêè ïðèõîäèëè ðàâíîìåðíî ñî âñåõ ñòîðîí, íå ïîêàçûâàÿ íèêàêîãî «ïðèñòðàñòèÿ» ê ïëîñêîñòè ýêëèïòèêè, ýêâàòîðó Ãàëàêòèêè, äðóãèì âûäåëåííûì íàïðàâëåíèÿì. Èõ èñòî÷íèêè íè÷åì ñåáÿ íå ïðîÿâëÿëè. Ñóäÿ ïî ñïåêòðàì (10 êý–10 ÌýÂ), ãàììà-âñïëåñêè âîçíèêàëè â ïðîöåññàõ ñ âûñîêèì âûäåëåíèåì ýíåðãèè, êîòîðûå òðóäíî áûëî áû íå çàìåòèòü. Çàãàäêà ïðèâëåêëà âíèìàíèå. Íà òàèíñòâåííûå âñïëåñêè íà÷àëàñü îõîòà, íî ïåðâîå âðåìÿ, â ñëó÷àéíîì ïîèñêå, îíè ïîïàäàëèñü ðåäêî. Âàæíûé øàã ñäåëàëà ãðóïïà ÔÒÈ èì. À.Ô.Èîôôå, ñîçäàâøàÿ äåòåêòîð ÊÎÍÓÑ, ñïåöèàëüíî ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ èññëåäîâàíèÿ âñïëåñêîâ. Áûë ñíèæåí ïîðîã ðåãèñòðàöèè, ÷òî â íåñêîëüêî ðàç óâåëè÷èëî «óëîâ», è áûëà ðàçðàáîòàíà ìåòîäèêà îïðåäåëåíèÿ íåáåñíûõ êîîðäèíàò âñïëåñêà. Òàê êàê ïîòîê äàë¸êîãî èñòî÷íèêà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïëîñêóþ âîëíó, îêàçàëîñü âîçìîæíûì îïðåäåëÿòü äâà óãëà, ôèêñèðóþùèõ åãî íàïðàâëåíèå, ïóò¸ì ñðàâíåíèÿ àìïëèòóä íåñêîëüêèõ ñ÷¸ò÷èêîâ. Ðàñïîëîæåííûå èçâåñòíûì îáðàçîì, îíè ïîëó÷àëè äîëþ ïîòîêà â çàâèñèìîñòè îò óãëîâ îðèåíòàöèè ê ôðîíòó âîëíû. Òî÷íîñòü ìåòîäà, îäíàêî, íåâåëèêà: ðàäèóñ «êðóãà îøèáîê» (ãäå íàõîäèòñÿ èñòî÷íèê) ñîñòàâëÿë íåñêîëüêî ãðàäóñîâ. ×èñëî íàéäåííûõ âñïëåñêîâ âûðîñëî (ïðèìåðû – íà ðèñ. 3), íî èõ ïðèðîäà îñòàâàëàñü òàéíîé. Âòîðûì âàæíûì øàãîì ñòàë ýêñïåðèìåíò BATSE íà áîðòó îðáèòàëüíîé ñòàíöèè GRO-COMPTON (1991–2001 ãã.). Ýòî áûë õîðîøî îòëàæåííûé àìåðèêàíñêèé êîíâåéåð, âûäàâàâøèé â ñðåäíåì ïî âñïëåñêó â ñóòêè ñ èçìåðåíèåì âðåìåííîãî ïðîôèëÿ, ñïåêòðà è äðóãèõ àòðèáóòîâ êàæäîãî ñîáûòèÿ. 4-é êàòàëîã BATSE ñîäåðæèò îêîëî 3000 ñîáûòèé – â äåñÿòêè ðàç áîëüøå, ÷åì áûëî ïîëó÷åíî â äðóãèõ ýêñïåðèìåíòàõ. Ïîëó÷åííûå ñâåäåíèÿ ñîêðàòèëè ÷èñëî ãèïîòåç ãàììàâñïëåñêîâ, íî íå ðàñêðûëè òàéíó èõ ïðîèñõîæäåíèÿ. Àíàëèç äàííûõ ïðèâ¸ë ê ñëåäóþùèì òî÷íûì ôàêòàì: 1. Ðàñïðåäåëåíèå âñïëåñêîâ ïî íåáåñíîé ñôåðå ñòðîãî èçîòðîïíî. Íåò óêàçàíèé, âûõîäÿùèõ çà ïðåäåëû ñëó÷àéíûõ ôëóêòóàöèé, íà êàêóþ-ëèáî ãðóïïèðîâêó íà íåáå. 2. Ðàñïðåäåëåíèå âñïëåñêîâ ïî ïîòîêó ýíåðãèè ãàììà-âñïëåñêà Ð îòëè÷àåòñÿ îò îæèäàåìîãî Ж3/2, ïîëó÷åííîãî â ïðåäïîëîæåíèè ïîñòîÿííîé ïëîòíîñòè èñòî÷íèêîâ. Îòëè÷èå – â óìåíüøåíèè ÷èñëà ðåãèñòðèðóåìûõ âñïëåñêîâ ñ îñëàáëåíèåì ïîòîêà, èç ÷åãî ñëåäóåò, ÷òî ïëîòíîñòü èñòî÷íèêîâ ïðîãðåññèâíî óáûâàåò ñ ðàññòîÿíèåì. 3. Íåò íèêàêèõ îñîáåííîñòåé â ýíåðãåòè÷åñêèõ ñïåêòðàõ âñïëåñêîâ, «óöåïèâøèñü» çà êîòîðûå ìîæíî áûëî áû îïðåäåëèòü ðàññòîÿíèå äî èñòî÷íèêîâ (êàê ýòî äåëàåòñÿ ïî õàðàêòåðíûì ëèíèÿì â ñïåêòðàõ ãàëàêòèê). Òðåòèé, îïðåäåëÿþùèé, øàã áûë ñäåëàí èòàëî-ãîëëàíäñêèì ñïóòíèêîì BeppoSAX, çàïóùåííûì â 1997 ã. Îí ðåàëèçîâàë èäåþ «êîñìè÷åñêîãî ïîäñîëíóõà», ïðåäëîæåííóþ ó íàñ åù¸ â 60-õ ãã., íî òîãäà íå «âîï- Ðèñ. 3. Âðåìåííûå ïðîôèëè ãàììà-âñïëåñêîâ (ýêñïåðèìåíò ÊÎÍÓÑ) Ôèçèêà ¹ 19/05 ëîù¸ííóþ â ìåòàëëå». «Ëåòó÷èé ãîëëàíäåö» èìåë íà áîðòó òðè âèäà äåòåêòîðîâ: ìîíèòîð ïîëíîãî îáçîðà, óëàâëèâàâøèé ãàììà-âñïëåñêè ñî âñåé îòêðûòîé (íå çàòåí¸ííîé Çåìë¸é) íåáåñíîé ñôåðû è îïðåäåëÿâøèé «êðóã îøèáîê» â ~2°, è äâà íàïðàâëåííûõ ðåíòãåíîâñêèõ òåëåñêîïà – øèðîêîãî è óçêîãî îáçîðà ñ óãëîâîé òî÷íîñòüþ 3′ è 50″ ñîîòâåòñòâåííî. Íàïðàâëåííûå òåëåñêîïû – «ïîäñîëíóõè», êîòîðûå «òÿíóëèñü» ê èñòî÷íèêó (êàê çåìíûå ê Ñîëíöó), ïîñëåäîâàòåëüíî ñæèìàëè «êðóã îøèáîê». Óñïåõ îïåðàöèè çàâèñåë îò áûñòðîòû îáðàáîòêè äàííûõ, ÷òî ïîçâîëÿëî íà ñëåäóþùèõ âèòêàõ îðáèòû íàïðàâëÿòü «ïîäñîëíóõè» â íóæíûå ó÷àñòêè íåáà, ÷òîáû óëîâèòü çàòóõàþùåå ðåíòãåíîâñêîå èçëó÷åíèå èñòî÷íèêà. Ðåçóëüòàòû íå çàñòàâèëè ñåáÿ æäàòü: ðåíòãåíîâñêèå óãàñàþùèå (òðàíçèåíòíûå) èñòî÷íèêè áûëè íàéäåíû, èõ ïîëîæåíèå íà íåáåñíîé ñôåðå îïðåäåëåíî äîñòàòî÷íî òî÷íî. Òåïåðü ìîæíî áûëî ââåñòè â äåëî îïòè÷åñêèå òåëåñêîïû – èñêàòü â ñæàòîì «êðóãå îøèáîê» çàòóõàþùèé îáúåêò (îïòè÷åñêèé òðàíçèåíò, ÎÒ). Çà ïàðó ëåò BeppoSAX, ïîääåðæàííûé ãëàâíûìè òåëåñêîïàìè (âêëþ÷àÿ 10-ìåòðîâûé Keck íà Ãàâàéÿõ è êîñìè÷åñêèé òåëåñêîï èì. Õàááëà, HST), ïîéìàë ãàììà-âñïëåñêè, ñîïðîâîæäàåìûå ÎÒ, â ñïåêòðå êîòîðûõ íàøëè ñìåù¸ííûå ëèíèè. Èñòî÷íèêè âñïëåñêîâ îêàçàëèñü ñëàáûìè îáúåêòàìè (20m–24m), ïðèðîäà êîòîðûõ ìîãëà áûòü îòêðûòà òîëüêî ïî èçìåðåíèþ ïàðàìåòðà Z.  áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ Z > 0,5 (ðåêîðäíîå çíà÷åíèå 4,5), ÷òî óêàçûâàåò íà ãðîìàäíûå ðàññòîÿíèÿ äî èñòî÷íèêîâ. Áîëüøèíñòâî – äàë¸êèå îáúåêòû, íàõîäÿùèåñÿ íà ïðåäåëüíûõ ðàññòîÿíèÿõ.  íåñêîëüêèõ ñëó÷àÿõ (Z n 1) ãàììà-âñïëåñêè èñõîäèëè îò Ñâåðõíîâûõ. Òàéíà âñïëåñêîâ ðàñêðûòà, èõ èñòî÷íèêè îáíàðóæåíû. Íî ÷òî òàêîå ñàìè îáúåêòû, ïîðîæäàþùèå ÷óäîâèùíûå âçðûâû, ýíåðãèÿ êîòîðûõ, êàê íåòðóäíî ïîäñ÷èòàòü, çíàÿ ðàññòîÿíèå äî íèõ, äîñòèãàåò 1055 ýðã? Êàêèå ïðîöåññû ïðèâîäÿò ê âûäåëåíèþ ýíåðãèè â æ¸ñòêîì ãàììà-èçëó÷åíèè? Êîñìîëîãè÷åñêèå ôàéåðáîëû. Èñòî÷íèêè âñïëåñêîâ ïîëó÷èëè íàçâàíèå ôàéåðáîëû (îãíåííûå øàðû) ñ âûñîêîé òåìïåðàòóðîé, ýêâèâàëåíòíîé ðåãèñòðèðóåìûì ãàììà-êâàíòàì: Ò = Å/k = 10 11 Ê äëÿ Å = 10 ÌýÂ, ãäå k – ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà. Ãèãàíòñêèå ôàéåðáîëû ïîëûõàþò íà ãðàíèöàõ Âñåëåííîé, à èõ ãàììà-èçëó÷åíèå, ïðîéäÿ ÷åðåç âåñü ìèð, äîíîñèò äî íàñ ýõî âñåëåíñêèõ êàòàñòðîô. Îíè âñïûõíóëè çà ìèëëèàðäû ëåò äî îáðàçîâàíèÿ Ñîëíå÷íîé ñèñòåìû. Ìîäåëü êîñìîëîãè÷åñêèõ ôàéåðáîëîâ îáúÿñíèëà íàáëþäàåìûå ñâîéñòâà ãàììà-âñïëåñêîâ. Ïîñëåñâå÷åíèÿ èñòî÷íèêîâ íå çàìå÷àëè ïîòîìó, ÷òî îíè î÷åíü ñëàáûå, èõ ñìîãëè îáíàðóæèòü òîëüêî ñàìûå ìîùíûå òåëåñêîïû. Èçîòðîïèÿ âñïëåñêîâ ïî íåáó – ñëåäñòâèå îäíîðîäíîñòè Âñåëåííîé â áîëüøîì ìàñøòàáå (>100 Ìïê). À óìåíüøåíèå ÷àñòîòû ïðèõîäà ñëàáûõ âñïëåñêîâ (îòêëîíåíèå îò çàâèñèìîñòè Ж3/2) – ðåçóëüòàò ðàçë¸òà ãàëàêòèê â ðàñøèðÿþùåìñÿ ìèðå è ýôôåêòà Äîïëåðà. Íàêîíåö, ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé ó âñïëåñêîâ íåò ââèäó òåïëîâîãî, % áåç îñîáåííîñòåé, ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ. Áûëè ïðåäëîæåíû âàðèàíòû ìîäåëè, îòëè÷àþùèåñÿ äåòàëÿìè íàãðåâà, ðàñøèðåíèÿ è èçëó÷åíèÿ ôàéåðáîëà. Ýíåðãåòè÷åñêèì èñòî÷íèêîì ñëóæèò íîâûé íåîáû÷íûé ïðîöåññ. Âûäåëÿåìàÿ ýíåðãèÿ ñàìûõ ÿðêèõ âñïëåñêîâ ýêâèâàëåíòíà íåñêîëüêèì ìàññàì Ñîëíöà, ïåðåõîäÿùèì çà ñåêóíäû â ãàììà-èçëó÷åíèå! Ïîÿâèëñÿ òåðìèí Ãèïåðíîâàÿ. Äëÿ îáúÿñíåíèÿ ñòàëè ïðèâëåêàòü ãèïîòåòè÷åñêèé ïðîöåññ ñëèÿíèÿ íåéòðîííûõ çâ¸çä è ÷¸ðíûõ äûð â òåñíûõ äâîéíûõ ñèñòåìàõ. Òàêèå ñèñòåìû â ïðèíöèïå ìîãóò ñóùåñòâîâàòü, íî ïðåæäå íèãäå ñåáÿ íå ïðîÿâëÿëè. Êàê ñêàçàë îäèí ïåðñîíàæ: «Íåëüçÿ ëè äëÿ ïðîãóëîê ïîáëèæå âûáðàòü ïåðåóëîê?» Ðîçåòòñêèé êàìåíü ãàììà-âñïëåñêîâ. Ðåøåíèå ïðèí¸ñ óíèêàëüíûé ñëó÷àé – âñïëåñê GRB 030329, çàðåãèñòðèðîâàííûé 29 ìàðòà 2003 ã. îðáèòàëüíûì äåòåêòîðîì HETE (NASA). Ýòî î÷åíü ÿðêèé âñïëåñê, åãî ÎÒ îáíàðóæèë òåëåñêîï VLT Åâðîïåéñêîé þæíîé îáñåðâàòîðèè (×èëè) è íàø¸ë ñìåù¸ííóþ ëèíèþ ñ Z = 0,168. Ðàññòîÿíèå äî èñòî÷íèêà âñåãî 800 êïê. Îäíàêî îí áûë òàêèì æå ïî ôîðìå è äëèòåëüíîñòè, êàê ôàéåðáîëû íà êðàþ Âñåëåííîé.  òå÷åíèå ìåñÿöà îí áûë «ïîä êîëïàêîì» ìíîãèõ íàó÷íûõ ãðóïï. Âûÿñíèëîñü, ÷òî ÎÒ î÷åíü ïîõîæ íà Ñâåðõíîâóþ òèïà ÑÍ-Ic, êîòîðóþ äàâíî ñâÿçûâàëè ñî âñïûøêîé çâåçäû Âîëüôà– Ðàéå (–Ð), ðåäêîãî êëàññà ìàññèâíûõ çâ¸çä. Åùå 10 ëåò íàçàä ðàññìàòðèâàëñÿ ñöåíàðèé ôàéåðáîëüíîé ìîäåëè ñ êîëëàïñîì çâåçäû –Ð, êîòîðûé ñåé÷àñ îêàçàëñÿ íàèáîëåå áëèçêèì ê íàáëþäàåìûì ñâîéñòâàì ÎÒ. Ïîäîáíî èñòîðè÷åñêîìó Ðîçåòòñêîìó êàìíþ, êîòîðûé ïîìîã ðàñøèôðîâàòü åãèïåòñêèå èåðîãëèôû, GRB 030329 ñòàë êëþ÷îì ê ðåøåíèþ çàãàäêè èñòî÷íèêîâ ãàììà-âñïëåñêîâ. Íà ñâÿçü âñïëåñêîâ ñî çâ¸çäàìè –Рóêàçûâàëè ðîññèéñêèå ôèçèêè À.Ì.×åðåïàùóê è Ñ.Ñ.Ãåðøòåéí. Çâ¸çäû Âîëüôà–Ðàéå. Ýòî ìàëî÷èñëåííàÿ ãðóïïà ìàññèâíûõ (> 25 ÌÑ) çâ¸çä, áûñòðî ïðîõîäÿùèõ ñâîé æèçíåííûé ïóòü. Ñðåäíèé âîçðàñò – ìåíüøå ìèëëèîíà ëåò. Çâ¸çäû –Р– ìîëîäûå çâ¸çäû, êîòîðûå â Ãàëàêòèêå ìîãóò îáðàçîâûâàòüñÿ òîëüêî â ñïèðàëüíûõ ðóêàâàõ, ãäå ìíîãî ãàçà è ïðîäîëæàåò èäòè ïðîöåññ çâ¸çäîîáðàçîâàíèÿ. Íàáëþäàåìûå â Ãàëàêòèêå çâ¸çäû –Рãðóïïèðóþòñÿ â óçêîé ïîëîñå (±10°) âäîëü ãàëàêòè÷åñêîãî ýêâàòîðà. Èõ ïîâûøåííàÿ àêòèâíîñòü ïðîÿâëÿåòñÿ â èíòåíñèâíîì çâ¸çäíîì âåòðå, êîòîðûé «ñðûâàåò» âíåøíèå ñëîè çâåçäû. Ïî ýòîé ïðè÷èíå â ñïåêòðàõ –Рíåò ëèíèé âîäîðîäà, çàòî ìíîãî ëèíèé ýëåìåíòîâ, îáðàçîâàííûõ â òåðìîÿäåðíûõ ðåàêöèÿõ. Ýòî çâ¸çäû íà ïîñëåäíåì ýòàïå ýâîëþöèè, ñîçðåâøèå äëÿ âçðûâà Ñâåðõíîâîé. Ïðè òàêîé ìàññå èõ âçðûâû – ñàìûå ìîùíûå. Çâ¸çäû –Рèçâåñòíû ïî÷òè 100 ëåò. Áëàãîäàðÿ âûñîêîé ñâåòèìîñòè îíè íàáëþäàþòñÿ íå òîëüêî â Ãàëàêòèêå, íî è â äðóãèõ çâ¸çäíûõ ñèñòåìàõ. 7-é êàòàëîã çâ¸çä –Р(2001 ã.) ñîäåðæèò 450 íàèìåíîâàíèé (âñå îíè, êàê óâàæàåìûå îñîáû, èìåþò ñîáñòâåííûå èìå- & Ôèçèêà ¹ 19/05 íà). Èç-çà ñèëüíîãî ïîãëîùåíèÿ ãàçîì è ïûëüþ âäîëü ãàëàêòè÷åñêîãî ýêâàòîðà ìû íå âèäèì äàë¸êèõ çâ¸çä –Ð. Ïî îöåíêå, èõ â Ãàëàêòèêå 6500 – î÷åíü ìàëîå ÷èñëî ïî ñðàâíåíèþ ñ äðóãèìè òèïàìè çâ¸çä, â ñâÿçè ñ ÷åì èõ âñïûøêè – êðàéíå ðåäêîå ÿâëåíèå â êàæäîé ãàëàêòèêå. Èõ ìîæíî íàáëþäàòü â îñíîâíîì òàì, ãäå ãàëàêòèê ìíîãî, – íà êîñìîëîãè÷åñêèõ ðàññòîÿíèÿõ. Ïî ýòîé ïðè÷èíå áîëüøàÿ ÷àñòü ãàììà-âñïëåñêîâ, ïîáî÷íîãî ïðîäóêòà âçðûâà –Ð, ïðèõîäèò îò äàë¸êèõ ãàëàêòèê (Z l 1). Ãèïåðíîâàÿ – ýòî âçðûâ ÑÍ-Ic, â ðåçóëüòàòå êîòîðîãî îáðàçóåòñÿ ìàññèâíàÿ ÷¸ðíàÿ äûðà ñ àêêðåöèîííûì äèñêîì âòÿãèâàåìîãî â íå¸ îêðåñòíîãî âåùåñòâà. Àêêðåöèîííûé äèñê íàãðåò äî âûñîêîé òåìïåðàòóðû, àêòèâåí è íåóñòîé÷èâ. Îò íåãî ÷àñòî íàáëþäàþòñÿ âûáðîñû (äæåòû), ñêîðîñòü êîòîðûõ áëèçêà ê ñêîðîñòè ñâåòà. Ðåëÿòèâèñòñêèé äæåò, èñïóùåííûé ÷åðåç íåñêîëüêî ñåêóíä ïîñëå âçðûâà ÑÍ, ìîæåò äîãíàòü ïëîòíûé çâ¸çäíûé âåòåð çâåçäû, èñïóùåííûé äî âçðûâà. Âçàèìîäåéñòâèå äæåòà ñî çâ¸çäíûì âåòðîì è ïîðîæäàåò ãàììà-âñïëåñê. Óäèâèòåëüíî, ÷òî èç âñåõ ïðåäëîæåííûõ ìîäåëåé, èìåííî ýòà, íà ïåðâûé âçãëÿä, íå ñàìàÿ ïðîñòàÿ, íàèëó÷øèì îáðàçîì ñîîòâåòñòâóåò íàáëþäåíèÿì. Íóæíû äîïîëíèòåëüíûå ðåçóëüòàòû ïî áëèçêèì ãàììà-âñïëåñêàì. Æäàòü ïðèä¸òñÿ íåäîëãî: íà îðáè- òó âûâåäåí íîâûé «îõîòíèê» – êîñìè÷åñêàÿ îáñåðâàòîðèÿ Swift (NASA), íà áîðòó êîòîðîé òðè âñïîìîãàòåëüíûõ òåëåñêîïà – îïòè÷åñêèé, óëüòðàôèîëåòîâûé è ðåíòãåíîâñêèé – äëÿ áûñòðîãî ïîèñêà ïîñëåñâå÷åíèÿ îáúåêòà, èñïóñòèâøåãî ãàììà-âñïëåñê. Âîïðîñû è çàäàíèÿ äëÿ ñàìîêîíòðîëÿ 1. ×òî òàêîå àáñîëþòíàÿ çâ¸çäíàÿ âåëè÷èíà? 2. Êàê îïðåäåëèòü ðàññòîÿíèå äî çâåçäû, åñëè èçâåñòíà å¸ àáñîëþòíàÿ çâ¸çäíàÿ âåëè÷èíà? 3. Ïî÷åìó Ñîëíöå – çâåçäà ñïåêòðàëüíîãî êëàññà G2? 4. Êàêèå çâ¸çäû íàçûâàþòñÿ êðàñíûìè ãèãàíòàìè è êàêèå – áåëûìè êàðëèêàìè? 5.Êàêîå ÿäåðíîå ãîðþ÷åå â ïðîòîçâåçäå, çâåçäå ãëàâíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè è êðàñíîì ãèãàíòå? 6. ×òî òàêîå «ãåëèåâàÿ âñïûøêà»? 7. ×åì îïðåäåëÿåòñÿ óñòîé÷èâîñòü áåëîãî êàðëèêà? 8. ×òî ïðîòèâîñòîèò ãðàâèòàöèîííîìó ñæàòèþ â íåéòðîííîé çâåçäå? 9. Êàêèå çâ¸çäû âçðûâàþòñÿ êàê Ñâåðõíîâûå? 10. Ïî÷åìó Ñîëíöå íå ìîæåò ñòàòü Ñâåðõíîâîé? Ëèòåðàòóðà Øêëîâñêèé È.Ñ. Çâ¸çäû. – Ì.: Íàóêà, 1977. Øèðîêîâ Þ.Ì., Þäèí Í.Ï. ßäåðíàÿ ôèçèêà: Ãë. XXII «Èñòî÷íèêè ýíåðãèè è ýâîëþöèÿ çâ¸çä». – Ì.: Íàóêà, 1980. ÊÎÍÒÐÎËÜÍÀß ÐÀÁÎÒÀ ¹ 1 1. Îöåíèòå ìàññó Íåìåçèäû (ãèïîòåòè÷åñêîé çâåçäû-êîìïàíüîíà Ñîëíöà), çíàÿ, ÷òî ïåðèîä îáðàùåíèÿ äâîéíîé çâ¸çäíîé ñèñòåìû ðàâåí 26 ìëí ëåò, à ðàäèóñ îðáèòû – 1 ïê. (3 áàëëà.) 2.  ÷¸ì âûðàæàåòñÿ ñîëíå÷íàÿ àêòèâíîñòü? Êàêîâû å¸ íàèáîëåå ÿðêèå ïðîÿâëåíèÿ? (1 áàëë.) 3.  Ñîëíå÷íîé ñèñòåìå – äâà ïîÿñà àñòåðîèäîâ: ìåæäó Ìàðñîì è Þïèòåðîì è çà îðáèòîé Ïëóòîíà. Êàê îáúÿñíÿþò èõ ïðîèñõîæäåíèå? (2 áàëëà.) 4. Âû÷èñëèòå ýíåðãîâûäåëåíèå äâóõ òåðìîÿäåðíûõ ðåàêöèé: 41Í → 4Íå + 2å+ + 2ν (ðð-öèêë); 34Íå → 12Ñ + γ (òðîéíàÿ ãåëèåâàÿ ðåàêöèÿ). Ìàññû ÿäåð: 938,3 Ìý (1Í); 3723,6 Ìý (4Íå); 11 178 Ìý (12Ñ); me = 0,5 ÌýÂ, mν = 0. (2 áàëëà.) 5.  ïðèðîäå åñòü ÷åòûðå òèïà óñòîé÷èâûõ çâ¸çä: çâåçäà Ãëàâíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, áåëûé êàðëèê, íåéòðîííàÿ çâåçäà, ÷¸ðíàÿ äûðà. ×åì îïðåäåëÿåòñÿ â êàæäîì ñëó÷àå óñòîé÷èâîå ñîñòîÿíèå çâåçäû? (3 áàëëà.) 6. Íà çàêëþ÷èòåëüíîé ñòàäèè ýâîëþöèè â ðåçóëüòàòå ãðàâèòàöèîííîãî êîëëàïñà çâåçäà (Ì = 2ÌÑ, R = 1011 cì) ñòàíîâèòñÿ íåéòðîííîé (Ríç = 10 êì). Êàêàÿ ýíåðãèÿ âûäåëèòñÿ ïðè âñïûøêå Ñâåðõíîâîé? (2 áàëëà.) 7. Êàêóþ âèäèìóþ çâ¸çäíóþ âåëè÷èíó èìåþò çâ¸çäû òóìàííîñòè Àíäðîìåäû, íàõîäÿùåéñÿ íà ðàññòîÿíèè 800 êïê, åñëè èõ àáñîëþòíûå çâ¸çäíûå âåëè÷èíû òàêèå æå, êàê Ñîëíöà (ÌÑ = 4,9) è Ñèðèóñà (ÌÑèð = 1,4)? (2 áàëëà.) 8. Îöåíèòå âîçðàñò Ñîëíöà, ïðåäïîëàãàÿ, ÷òî â ìîìåíò åãî îáðàçîâàíèÿ êîëè÷åñòâî èçîòîïîâ 235U è 238U áûëî îäèíàêîâî, à â íàñòîÿùåå âðåìÿ îíè ñîîòíîñÿòñÿ êàê 0,0072. Ïåðèîäû ïîëóðàñïàäà èçîòîïîâ óðàíà: 7,1 ⋅ 108 ëåò (235U), 4,5 ⋅ 109 ëåò (238U). (3 áàëëà.) 9. Ìîæåò ëè Ñîëíöå ñòàòü Ñâåðõíîâîé? (1 áàëë.) 10. Îïðåäåëèòå ãðàâèòàöèîííûé ðàäèóñ Ñîëíöà. Åñòü ëè â ïðèðîäå ñèëû, êîòîðûå ìîãëè áû ñæàòü Ñîëíöå äî òàêîãî ðàçìåðà? (1 áàëë.) 11. Îöåíèòå ðàäèóñ êðàñíîãî ãèãàíòà ñâåòèìîñòüþ 1035 ýðã/c è ïîâåðõíîñòíîé òåìïåðàòóðîé 4000 Ê (ñïåêòðàëüíûé êëàññ Ì). (2 áàëëà.) 12. Êàêîâà ïðåäåëüíàÿ ìàññà áåëîãî êàðëèêà? (1 áàëë.) 13. Ïî÷åìó äëÿ ïåðåõîäà ê ãåëèåâîìó, óãëåðîäíîìó, êèñëîðîäíîìó «ÿäåðíîìó ãîðþ÷åìó» òðåáóþòñÿ âñ¸ áîëåå âûñîêèå òåìïåðàòóðû? Îöåíèòå òåìïåðàòóðû ýòèõ ïåðåõîäîâ. (3 áàëëà.) 14. Âî âðåìÿ âñïûøêè Ñâåðõíîâîé ÑÍ-1987À (â Áîëüøîì Ìàãåëëàíîâîì Îáëàêå) óñòàíîâêà KAMIOKANDE, ðàñïîëîæåííàÿ â ãëóáîêîé øàõòå, çàðåãèñòðèðîâàëà ñèãíàë èç 12 èìïóëüñîâ çà 10 ñ ïðè ñðåäíåì ôîíå â øàõòå 1 èìï/ìèí, ÷òî ÿâèëîñü äîêàçàòåëüñòâîì íåéòðèííîãî ïîòîêà îò Ñâåðõíîâîé. Êàêîâà âåðîÿòíîñòü ïîÿâëåíèÿ ýòîãî ñèãíàëà â ðåçóëüòàòå ñëó÷àéíîé ôëóêòóàöèè ôîíà? (2 áàëëà.) 15. Ìîæíî ëè ñ ïîìîùüþ ïîòîêà íåéòðèíî îòëè÷èòü çâ¸çäû èç àíòèâåùåñòâà îò çâ¸çä âåùåñòâåííîãî ñîñòàâà? (2 áàëëà.) 16. Êàêîâà ïðèðîäà êîñìè÷åñêèõ ãàììà-âñïëåñêîâ? Ïî÷åìó áîëüøàÿ ÷àñòü âñïëåñêîâ ïðèõîäèò èç äàë¸êèõ ãàëàêòèê? (2 áàëëà.)