Почему звезды взрываются? Взорвется ли Солнце?

В античности считалось, что все за пределами Земли и Луны является вечным и неизменным. Однако современная наука позволила нам разрушить это представление. Сегодня нам известно, что даже Вселенная имеет конечный возраст, а звезды, словно люди, рождаются и умирают. При этом самые большие и яркие звезды, умирая, взрываются с такой силой, что своей вспышкой способны затмить даже целую галактику.

История

Люди с давних времен наблюдали взрывы звезд. Однако такие объекты наблюдались на местах ночного неба, где раньше ничего не было, поэтому считалось, что это едва родившаяся звезда. Их называли новыми звездами.

Почему звезды взрываются? Взорвется ли Солнце?
Крабовидная туманность, оставшаяся от взрыва звезды, который наблюдался в XXI веке

В действительности, на том месте и до этого была звезда, однако она была не видна невооруженным глазом. Лишь после взрыва ее яркость повышалась на столько, что ее становилось отчетливо видно на ночном небе.

Дальнейшие наблюдения подобных явлений в средневековой Европе сыграли решающую роль в разрушении представлений о неизменном космосе.

Механизм

Почему некоторые звезды взрываются, а остальное большинство нет? Ответ на этот вопрос кроется в самом главном параметре звезды — в массе. По большей части именно масса определяет сколько проживет звезда, насколько она будет активной, сколько энергии она будет излучать и, в конечном итоге, как она погибнет.

Звезда примерно на три четверти состоит из водорода, примерно на одну четверть из гелия, а оставшиеся не более чем несколько процентов вещества составляют более тяжелые элементы. Большая массы звезды образует большую гравитацию в ее недрах. Из-за этого легкие ядра химических элементов объединяются в более крупные с выделением огромного количества энергии в виде тепла и света. Чем тяжелее звезда, тем тяжелее элементы в ней могут синтезироваться, вплоть до железа.

Более тяжелые элементы, такие как железо и кремний, оседают в ядре, а самые легкие, водород и гелий, составляют внешнюю оболочку. В результате термоядерных реакций в звезде легких элементов становится все меньше, а тяжелых все больше, следовательно ядро становится все массивней и плотнее.

Почему звезды взрываются? Взорвется ли Солнце?
Распределение элементов в массивной звезде

Изначально гравитации звезды противодействует энергия ядерного синтеза, которая не дает звезде схлопнуться. К концу жизни массивной звезды энергии синтеза становится уже недостаточно, но здесь ей на помощь приходит давление железного ядра. Под действием гравитации атомы железа сближаются настолько, что им не дают сжиматься дальше до полного коллапса лишь их электроны. Секрет кроется в квантовой физике, а точнее в принципе Паули, согласно которому две или более частицы с полуцелым спином, в нашем случае это электроны, не могут находится в одном и том же месте одновременно.

Но железное ядро не перестает разрастаться. Это приводит к тому, что даже электроны уже не в силах сдержать гравитацию. Гравитационное давление начинает буквально впрессовывать электроны в протоны, образуя за короткое время большое нейтронное ядро. Поскольку электроны, попав в протоны, образовали нейтроны, они больше не в состоянии сдерживать гравитацию.

Сразу после этого начинается коллапс звезды, то есть звезда начинает падать сама на себя, на свое нейтронное ядро. Поскольку нейтронное ядро не может противостоять столь огромной массе, а гравитационной энергии нужно куда-то деться, то происходит взрыв невероятной силы. Вещество звезды начинает разлетаться со скоростью большей 10% от скорости света. Такой процесс называется взрывом сверхновой. Взрыв сверхновой производит количество энергии, которое наше Солнце произведет за всю свою жизнь, а свет от такого взрыва может превышать светимость целой галактики.

Почему звезды взрываются? Взорвется ли Солнце?
Остаток сверхновой Кеплера

Именно во время взрыва сверхновых синтезируется практически все известные тяжелые элементы во Вселенной: уран, торий и другие трансурановые элементы. На месте взрыва сверхновой остается либо нейтронная звезда — объект размером с город с плотностью превосходящей плотность атомного ядра; либо черная дыра — объект со столь огромной гравитацией, что даже свет не может покинуть его пределов.

Также, помимо тяжелых элементов, при взрыве сверхновой по Вселенной разлетаются элементы из которых состояла звезда, которые впоследствии становятся строительным веществом для новых звездных систем и их планет. Многие атомы в нашем теле являются продуктом взрывов сверхновых.

Солнце

Как упоминалось ранее, основным параметром звезды является ее масса. Солнце относят к классу желтых карликов. Как показывают расчеты, звезды, заканчивающие свою жизнь взрывом сверхновой, от 9 до 20 раз превосходят по массе Солнце.

Наша же звезда в конце своей жизни сначала во много раз увеличится в размерах, став красным гигантом, а затем просто скинет внешнюю оболочку, оставив после себя лишь белого карлика.

Почему звезды взрываются? Взорвется ли Солнце?

Сейчас же Солнце находится в середине своего жизненного пути и у нас есть как минимум миллиард лет, пока наше светило не начнет испускать столько энергии, что вода на планете больше не сможет оставаться в жидком состоянии.