Семейные тайны звезд: взрывные родители и потерянные братья

Ректор ЮФУ Инна Шевченко беседует с заведующей кафедры физики космоса физического факультета ЮФУ Ириной Ачаровой.

Фото: Наталья Захарченко

Апрель – месяц космический, ведь человек совершил первый полёт в космос именно в это время года. И в продолжении цикла «Науки о семье» ректор Южного федерального университета Инна Константиновна Шевченко беседует с кандидатом физико-математических наук, заведующей кафедры физики космоса физического факультета ЮФУ Ириной Александровной Ачаровой.

ЗАЧЕМ ЗВЕЗДАМ ДЕТИ

- Сразу хочу отметить, что на Физическом факультете ЮФУ реализуется большой проект, популяризирующий физику космоса, в том числе среди школьников и студентов разных университетов. И сегодняшняя беседа, уверена, докажет, как много интересного в этой большой науке можно открыть для себя вместе с нами - Южным федеральным университетом, Физическим факультетом и коллективом кафедры физика космоса, - подчеркнула Инна Константиновна.

Космос, звезды, ночное небо, Млечный путь всегда для человека были воплощением мечты. Но всегда ли человек там искал загадочный мир? Может быть, он хотел от этого света почувствовать и тепло, которое дают семейные отношения? Думаю, многим знакомо словосочетание «семейство планет». Ирина Александровна, верно ли использовать понятие «семья» в астрофизике как термин?

- Обычно в астрофизике используются понятия «типы, подтипы» и «классы, подклассы», но предлагаю определить семью как совокупность объектов, объединённых общим родством. Находясь в паре, звезды, удерживаемые силами тяготения, кружатся вокруг общего центра масс. В этом случае они, как правило, вместе появились на свет. Но в тесных звёздных полях, таких как центры галактик, может произойти захват одной звезды другой при тесном сближении. Это близкие «звёздные пары» – реально существующий термин. В этом случае возможен обмен массой между двумя звёздами в паре, то есть одна звезда делится своим веществом со своим компаньоном. А в космосе масса – это эквивалент энергии, – рассказала Ирина Александровна.

Кандидат физико-математических наук, заведующая кафедры физики космоса физического факультета ЮФУ Ирина Ачарова.

Фото: Наталья Захарченко

- А что происходит во Вселенной, когда такие пары образуются, или Вселенная этого не замечает?

- Все стадии взаимодействия пары приведут к образованию сверхновой, сверхновая стимулирует образование новых звёзд и обогащает космос тяжёлыми элементами, а тяжёлые элементы меняют физические свойства среды. И в итоге получается, что в космосе нет ничего малозначащего.

Это, по сути, дети той звёздной пары, которая появилась во Вселенной, чтобы стать родителями. Звезды должны достаточно сильно сжать окружающий газ, при этом происходит гравитационная неустойчивость, газовое облако начинает фрагментироваться на сгустки и разрежения. Аналог этого процесса наблюдается в грозовой туче, но в космосе масштабы этого процесса несопоставимо больше. Так вот, эти плотные сгустки, образовавшиеся при дальнейшем сжатии, сжимаются до тех пор, пока температура и давление в центре не поднимутся настолько высоко, что атомы водорода не начнут образовывать атом следующего химического элемента – гелия.

При этом выделяется чудовищное количество энергии и достигается равновесие, когда давление излучения уравновешивает силу гравитации. Так рождается звезда, вот этот ребёнок звёздной пары. Но обычно звёздная пара образует не одного «ребёнка» – чаще всего образуется несколько скоплений, и в каждом из них содержатся тысячи звёзд. Дело в том, что, чтобы сжать этот окружающий газ, звезда должна взорваться. Одиночная звезда может взорваться как сверхновая только в том случае, если её масса экстремально велика – больше десяти масс солнца. Таких звёзд – экстремально массивных – очень немного. А вот у других звёзд шанс стать «родителями» есть только в паре, когда одна звезда, которая выступит своеобразным донором, добавит недостающую массу своему компаньону, и при достижении порогового для взрыва значения будет взрыв сверхновой.

- Насколько активно в космосе происходит этот процесс рождения новых звезд?

- Самая близкая к Солнцу область звёздообразования – туманность Ориона. Она содержит новорождённые звезды, а также включает эмбриональный период газовых глобал, в которых звезды только-только будут рождаться. В созвездии Тельца мы видим следующий этап жизни звёзд: газ испаряется под действием их излучения, и они уже, как привычные для нас жемчужины, сияют на небе.

- Родительская пара, что с ней происходит при рождении новой звезды?

- Она исчезает, взрывается от энергии. Здесь можно провести аналогию с колосом: чтобы произвести следующее поколение, зёрнышко разрушается. Так и родительские звезды, которые стали сверхновой, исчезают, но взамен дают жизнь нескольким тысячам звёзд.

Ректор ЮФУ Инна Шевченко

Фото: Наталья Захарченко

- А почему это происходит? Это своеобразная эволюция звёзд, закономерность? Что движет этим процессом? Зачем звёздам становиться «родителями»? - уточняет ректор ЮФУ Инна Шевченко.

- Газ, проходя многократную переработку сверхновых, обогащается химическими элементами. И я считаю, что химические элементы – это то наследство, которое звезды-родители оставляют «детям». Каждый раз – уникальный состав. Зачем это надо? На определённом этапе возникает живой человеческий организм, в котором все химические элементы играют важную роль.

БРАТЬЯ ПО ГАЛАКТИКЕ

- Учитывая эволюцию звёзд, у Солнца есть много братьев и сестёр. Кто они, как нам их увидеть, знают ли астрономы, где их искать?

- У нашего Солнца действительно очень много братьев и сестёр, и астрономы их ищут буквально как иголку в стоге сена, а они разлетаются по галактике. На первый взгляд, ближайшие к Солнцу звезды, такие как Проксима, Сириус или звезда Барнарда, и есть родственники Солнца, рождённые с ним в одном звездном скоплении. Вовсе нет! Все звезды солнечной окрестности подобны пассажирам на железнодорожной станции, которые случайно оказались рядом и никакой общности друг с другом не имеют. Но как же найти родственников Солнца? Дело в том, что звезды-родственники имеют особенность подобно отпечаткам пальцев – уникальный химический состав, который присущ именно тому газу, в котором скопление образовалось. То есть сверхновая при взрыве не только уплотняет окружающий газ, она ещё обогащает его химическими элементами. И создаётся такое уникальное соотношение магния, кислорода, азота и других элементов, свойственных только, скажем, родственникам Солнца.

Хорошо, разобрались, как определить родственников Солнца. Но где их искать? Процесс того, как движутся звезды в галактике, изучают несколько групп учёных в мире. Я со своим учителем профессором Юрием Николаевичем Мишуровым занималась этим же вопросом. Оказалось, что сначала звёздное скопление, которое представляло собой сферу, упакованную звёздами, вытягивается в дугу, а на следующих этапах эволюции происходит разрушение этой дуги. И за 4,5 миллиарда лет звезды могут оказаться абсолютно в любой области галактики. Наши самые современные телескопы могут получить спектры в области 350 световых лет. И в этой области ожидается не более трех-пяти родственников Солнца. Поэтому вопрос, одиноко ли наше Солнце или рядом все-таки есть хотя бы несколько братьев или сестёр, пока остаётся открытым.

Ректор ЮФУ Инна Шевченко и .заведующая кафедры физики космоса физического факультета ЮФУ Ирина Ачарова.

Фото: Наталья Захарченко

ЛИЧНАЯ ЖИЗНЬ СОЛНЦА

- А чего нам ожидать от Солнца в «космической» перспективе? - уточнила Инна Константиновна Шевченко.

- Во-первых, наше Солнце никогда не станет родителем. Масса звезды очень маленькая, а шансов образовать пару ей не дано, так как в той области галактики, где находится Солнце, очень разреженное звёздное поле.

В то же время таких звёзд, как наше Солнце или с ещё меньшей массой, большинство во Вселенной. Но у них есть преимущество перед массивными звёздами, которые взрываются как сверхновые массивные звезды. Если те очень стремительно эволюционируют и от рождения до взрыва по космическим меркам живут ничтожное время, то такие звезды, как Солнце, устойчиво и долго светят. Их светимость и энерговыделение не меняются на протяжении миллиардов лет, и именно это качество дает возможность образовываться жизни возле этих звёзд. Весь продукт жизнедеятельности звезды достаётся планетам рядом с ней. И тут мы выходим за пределы чистой физики, поэтому я как раз хотела бы оставить открытым вопрос о роли планет в жизни её родительской звезды. Является ли человек венцом творения? Сейчас, проводя аналогии и понимая, что ничего не бывает случайно и целая звезда работает на то, чтобы поддерживать условия на планетах, мы предлагаем читателям провести аналогию со своей семьей и ответить на вопрос: «А чем же являются планеты, на которых есть жизнь, для своей родительской звезды?»

Я редко занимаюсь подобной деятельностью, но у меня появилась мысль при подготовке к нашей встрече – мне кажется, это излучение обладает какими-то свойствами сродни любви. Потому что просто излучение не приводит к такому продукту как человек и весь окружающий нас сейчас мир. Это намного больше, чем просто излучение. Я бы сказала, что это Любовь, – подытожила кандидат физико-математических наук, заведующая кафедрой физики космоса физического факультета ЮФУ Ирина Ачарова.

- Спасибо за такое воодушевляющее окончание нашей беседы! Сейчас весна, время красоты, любви, роста и цветения всего вокруг. Поэтому в мае самое время нам продолжить изучение семей с точки зрения естественных наук и провести специальный выпуск по биологии. Оставайтесь с нами!