Усі тіла у Всесвіті рано чи пізно закінчують своє існування. Не є винятком і зорі. Помираючи, вони залишають після себе зоряні залишки, фізичні процеси в яких не менш цікаві, аніж процеси, що супроводжують їхнє життя та еволюцію.
Про рекорди зір ми вже з вами вели розмову минулого разу1, а про рекорди зоряних залишків поговоримо сьогодні. Але спочатку необхідно, хоча б коротко, ознайомитися з основними типами зоряних залишків.
1Читай статтю Олександра Шевчука „Зорі та субзорі з аномальними параметрами” у журналі „КОЛОСОК” № 12/2020.
Мал. 1. Земля, білий карлик, Нептун. Ілюстрація
Еволюція окремої зорі здебільшого визначається її масою та (певною мірою) хімічним складом. Зорі невеликих мас (від 0,5 до 2,25 мас Сонця) у кінці життя під впливом власної гравітації стискаються, розігріваючи ядро до високих температур. Унаслідок цього в ядрі вибухоподібно посилюються реакції термоядерного синтезу, зоря втрачає на певний час рівновагу і, скинувши зовнішні шари, оголює ядро, перетворюючись на білого карлика (мал. 1).
Отож, білий карлик – оголене ядро маломасивної зорі, що фактично померла, адже в ядрі нема ядерного палива, здатного підтримувати тепловий баланс, а джерела енергії, що містились у скинутій оболонці, розлітаються Всесвітом у вигляді планетарної туманності (мал. 2).
Мал. 2. Планетарна туманність
Більш масивні зорі (від 2,5 до 10 мас Сонця), помираючи, стискаються настільки сильно, що протони в ядрі перетворюються на нейтрони. Це створює умови для катастрофічного стиснення (колапсу) ядра, після якого оболонка зорі просто падає на ядро. Енергія, що вивільняється внаслідок падіння зовнішньої оболонки на ядро, настільки велика, що зоря буквально вибухає. Такі події називають спалахом наднової. Протягом короткого часу наднова випромінює стільки ж енергії, скільки всі зорі галактики разом узяті. Після спалаху наднової від зорі залишається дуже щільний об’єкт, розміром приблизно 15–20 км у діаметрі, який називають нейтронною зорею. Оболонка ж наднової ще довго буде розлітатися нескінченними просторами Всесвіту, поступово вистигаючи та розсіюючись (мал. 3).
Мал. 3. Залишок наднової
Залежно від прояву активності, нейтронні зорі поділяють на пульсари та магнетари. Згідно з сучасними уявленнями, пульсари – нейтронні зорі, що дуже швидко обертаються. Магнітна вісь пульсара зазвичай нахилена до осі обертання, тому елементарні частинки, розганяючись у магнітному полі, випромінюють електромагнітні хвилі та вилітають назовні у вузькому конусі. Якщо вісь такого конуса „чиркне” спостерігача на Землі, пульсар „задзвенить” своїм випромінюванням. За розбіжності напрямків – пульсар „мовчить” (мал. 4). Через певний період усе повторюється. Випромінювання від пульсара для земного спостерігача неначе пульсує – звідси й назва такого типу нейтронних зір.
Мал. 4. Пульсар. Ілюстрація
Магнетари – нейтронні зорі з дуже сильними магнітними полями, які впливають на низку параметрів їхнього випромінювання. Фактично, магнетари є найпотужнішими магнітами у Всесвіті (мал. 5).
Якщо ж маса ядра зорі перевищує 10 Сонячних мас, гравітаційний колапс ядра зорі неспроможні зупинити ніякі сили у природі. Як результат – ядро нескінченно сильно стискається, перетворюючись на чорну діру, з „обійм” якої навіть світло не в змозі вирватися (мал. 6). Теоретичні моделі дають найменшу масу чорної діри, що утворюється унаслідок гравітаційного колапсу, від 2,5 до 5,6 мас Сонця. Згодом чорна діра може розростися завдяки поглинанню речовини і, як правило, – це газ сусідньої зорі у подвійних системах.
Мал. 5. Магнетар
Отже, залишками зорі є:
- ядра зір: білі карлики, нейтронні зорі (пульсари, магнетари), чорні діри;
- газові оболонки: планетарні туманності, оболонки наднових.
Ну а тепер, озброївшись необхідними знаннями, вже можна сміливо знайомитися з рекордами зоряних залишків.
Рекорди зоряних ядер
Мал. 6. Чорна діра. Ілюстрація
Зоря, що отримала назву WD J055134.612+413531.09, вперше привернула увагу дослідників у 2018 році тим, що це був незвичайний білий карлик. Адже це – найбільший за розмірами та масою білий карлик. Його розміри та маса майже в 2 рази більші за типові для білих карликів.
Після вибуху зорі деякі білі карлики вже охололи з 100 мільярдів градусів до температур, нижче 100 000 °С. Рекордсменами за цим показником є білі карлики WD 0346+246 і SDSS J110217, 48+411315.4. Вони – найхолодніші з усіх відомих науці білих карликів. Температура на їхній поверхні не перевищує 3 700–3 800 °С.
Білий карлик, що розташований у центрі туманності NGC 7293 у сузір’ї Водолія на відстані 650 світлових років від Сонця, є найгарячішим білим карликом. На його поверхні температура сягає 130 000 °С.
Пульсар PSR J1748-2446, виявлений у 2005 році, є зоряним залишком, який обертається з найбільшою кутовою швидкістю. Він робить 716 обертів за секунду, що майже в 62 млн разів перевищує кутову швидкість обертання Землі! PSR J1748-2446 належить також рекорд максимальної швидкості руху точок поверхні, що розташовані на екваторі, – 45 000 км/с, тобто 15 % від швидкості світла!
Наймасивнішою нейтронною зорею з відомих є пульсар PSR J0740 + 6620, маса якого коливається у межах від 2,14 до 2,17 мас Сонця.
Мал. 7. Abell 39
SGR 1806-20 – магнетар, що розташований на відстані приблизно 50 000 світлових років від Землі в сузір’ї Стрільця. SGR 1806-20 є найбільш намагніченим об’єктом. Індукція магнітного поля цього магнетара поблизу його магнітних полюсів – один трильйон тесла (10¹² тесла). Це у квадрильйон разів сильніше, ніж магнітне поле Землі.
GRS 1124-683 – подвійна зоря, яка розташована у південному сузір’ї Мухи (ніколи не сходить над територією України) на відстані від Сонячної системи приблизно 6 000 світлових років. Як вважають астрономи, у склад цієї системи входить найлегша з чорних дір зоряної маси. Її масу оцінюють у 3,01 мас Сонця.
M33 X-7 – подвійна зоряна система в галактиці Трикутника – однієї з найближчих до нас спіральних галактик (3 млн світлових років). Система складається з гарячої блакитної зорі, масою в 70 сонячних, і темного об’єкта, масою приблизно 15,7 сонячних, що набагато перевищує максимально можливу масу нейтронної зорі. Тож найімовірніше, цей об’єкт належить до категорії чорних дір. Якщо припущення вчених є правильним, то невидимий компонент системи M33 X-7 є наймасивнішою з чорних дір зоряної маси.
Рекорди зоряних оболонок
Мал. 8. Туманність Вуаль
Планетарна туманність Ейбелл 39 (мал. 7) – найбільша за розмірами. Її діаметр становить приблизно 5 світлових років, а товщина оболонки – майже третину світлового року. Відстань до туманності, що розташована в сузір’ї Геркулеса, оцінюють у 7 000 світлових років. Ця планетарна туманність є і найбільш кулястою з усіх відомих.
Туманність Вуаль (мал. 8), відома також під неофіційними назвами Петля та Рибальська сітка, – величезний залишок наднової в сузір’ї Лебедя. Наднова вибухнула приблизно 5 000–8 000 років тому, і за цей час туманність покрила на небі територію у 3 квадратних градуси. Відстань до неї оцінюють у 1 470 світлових років. Туманність настільки велика, що її частини вважають окремими туманностями, які мають власні назви: Відьмина мітла, Трикутник Пікерінга, Щука, Сітка. Туманність Вуаль – найбільший за розмірами залишок наднової.
