В ходе первого наблюдения ученые из Института науки Вейцмана и Государственного университета Сан-Диего смогли наблюдать, что происходит, когда взрывается звезда размером с 50 солнц. Продолжая отслеживать впечатляющее событие, они обнаружили, что большая часть массы звезды схлопнулась сама на себя, в результате чего образовалась большая черная дыра.
В то время как взрывающиеся звезды - сверхновые - наблюдались всеми способами, от невооруженного глаза до высокотехнологичных исследовательских спутников, никто не наблюдал непосредственно, что происходит, когда взрывается действительно огромная звезда. Доктор Авишай Гал-Ям с физического факультета Института Вейцмана и профессор Дуглас Леонард из Государственного университета Сан-Диего недавно определили и рассчитали массу гигантской звезды, находящейся на грани взрыва, после наблюдения за взрывом и его последствиями. Их выводы, опубликованные в журнале Nature, подтвердили господствующую теорию о том, что звезды, масса которых от десятков до сотен раз превышает массу нашего Солнца, в конечном итоге превращаются в черные дыры.
Конец звезды предопределен с самого рождения ее размером и «электростанцией», которая поддерживает ее сияние на протяжении всей ее жизни. Звезды, в том числе и наше Солнце, подпитываются ядрами водорода, сливающимися в гелий под действием сильного тепла и давления их внутренних ядер. Ядро гелия немного легче, чем сумма масс четырех ядер водорода, из которых оно образовалось, и из теории относительности Эйнштейна (E=mc2) мы знаем, что недостающая масса высвобождается в виде энергии.
Когда такие звезды, как наше Солнце, заканчивают свое водородное топливо, они относительно тихо сгорают в порыве расширения. Но звезда, которая в восемь или более раз больше Солнца, совершает гораздо более драматичный уход. Ядерный синтез продолжается после того, как водород исчерпан, производя более тяжелые элементы в разных слоях звезды. Когда этот процесс прогрессирует до такой степени, что ядро звезды превращается в железо, вступает в действие другое явление: под действием огромной температуры и давления в центре звезды ядра железа распадаются на составляющие их протоны и нейтроны. В какой-то момент это приводит к тому, что ядро и слой над ним коллапсируют внутрь, быстро выбрасывая остальной материал звезды в космос во вспышке сверхновой..
Сверхновая за несколько дней высвобождает больше энергии, чем наше Солнце выделит за всю свою жизнь, и взрыв настолько яркий, что взрыв, происходящий на расстоянии сотен световых лет, можно увидеть с Земли даже днем. В то время как внешние слои сверхновой освещают Вселенную ослепительным фейерверком, ядро звезды сжимается все дальше и дальше внутрь. Гравитация, созданная в результате этого коллапса, становится настолько сильной, что протоны и электроны сжимаются вместе, образуя нейтроны, а ядро звезды уменьшается от сферы с 10 000 километров вокруг до сферы с окружностью всего 10 километров. Только ящик, полный материала этой звезды, весит столько же, сколько вся наша Земля. Но когда масса взрывающейся звезды в 20 раз превышает массу нашего Солнца или даже больше, говорят ученые, ее гравитационное притяжение становится настолько мощным, что даже световые волны удерживаются на месте. Такая звезда - черная дыра - невидима во всех смыслах и целях.
До сих пор ни одна из сверхновых звезд, которые удалось измерить ученым, не превышала массу 20 солнц. Гал-Ям и Леонард изучали определенную область в космосе с помощью телескопа Кека на Мауна-Кеа на Гавайях и космического телескопа Хаббла: сверхновую SN 2005gl, которая первоначально была замечена в спиральной галактике с перемычкой NGC 266 5 октября 2005 года. (Снимки до взрыва из архива Хаббла, сделанные в 1997 году, показывают прародителя как очень яркий точечный источник.) Идентифицируя вот-вот взорвавшуюся звезду, они вычислили ее массу, равную 50-100 солнц. Дальнейшее наблюдение показало, что при взрыве была отброшена лишь небольшая часть массы звезды. По словам Гал-Яма, большая часть материала была втянута в разрушающееся ядро по мере того, как его гравитационное притяжение усиливалось. Действительно, на последующих изображениях этого участка неба, сделанных телескопом, звезда как будто исчезла. Другими словами, звезда превратилась в черную дыру - настолько плотную, что свет не может вырваться наружу.
Доктор. Исследование Авишая Гал-Яма поддерживается Центром астрофизики Неллы и Леона Бенозийо; Премия Питера и Патрисии Грубер; Фонд наследия наследия; и Фонд молодых ученых Уильяма З. и Эды Бесс Новик.