От чёрных облаков к чёрным дырам - Нарликар Джаиант (серии книг читать онлайн бесплатно полностью TXT) 📗
Считается, что следующее поколение детекторов солнечных нейтрино будет использовать ядра галлия. Детектор, способный поглотить достаточное число солнечных нейтрино, должен содержать около 50 т галлия, стоимость которого (по ценам 1985 г.) составляет около 25 млн. долл. Чтобы осуществить такой эксперимент, необходимость которого для подтверждения справедливости современных астрофизических представлений о Солнце и других звёздах трудно переоценить, необходимо широкое международное сотрудничество.
Продолжают разрабатываться детали взрыва сверхновых, образования ударных волн и сброса оболочки. Описывающие эти процессы гидродинамические уравнения очень сложны. За их решение удалось взяться главным образом благодаря применению быстрых и эффективных ЭВМ. В ближайшие годы в этой области ожидается значительный прогресс.
Аналогично, эволюция менее массивных звёзд от красного гиганта к белому карлику ещё не до конца количественно разработана. И в этом случае изобретательное использование компьютеров для расчёта быстро меняющихся физических ситуаций поможет получить окончательный ответ.
Выяснение предела на массу стабильных нейтронных звёзд является ещё одной проблемой сегодняшних и будущих исследований, так как это связано с возможностью превращения звезды в чёрную дыру. Здесь приходится иметь дело с изучением ядерной материи при плотностях, в миллионы миллиардов раз превышающих плотность воды. Существуют ли другие формы сверхплотного вещества, которые могли бы поддержать звезду массой от 5 до 10М☉ в конце её активной ядерной фазы жизни?
Расчёты звёздной эволюции и нуклеосинтеза приводят к оценкам того, каков возраст наблюдаемых звёздных систем. Например, мы уже видели, что большую часть своей активной жизни звезда проводит на главной последовательности. Поэтому система звёзд, завершивших своё пребывание на главной последовательности и перешедшая в область гигантов, должна быть достаточно старой. Примерами таких систем являются шаровые скопления (см. рис. 49). Зная статистику жизни этих звёзд и скорость, с которой протекают процессы термоядерного синтеза на главной последовательности, можно оценить возраст шаровых скоплений. Самые сдержанные оценки этого возраста составляют около 12 млрд. лет, хотя не исключены и значения порядка 18 млрд. лет.
Ещё одно «окно в вечность» для хронологии звёздных событий связано с радиоактивным распадом элементов, образованных в быстром процессе нуклеосинтеза (коротко упомянутом в гл. 7). Например, торий 232Th распадается за время 20 млрд. лет, в то время как изотопы урана 238U и 235U распадаются за время 6,51 и 1,03 млрд. лет соответственно. Таким образом, отношение распространенностей этих элементов 232Th/238U и 235U/238U в метеоритах может дать оценку времени, когда эти элементы впервые образовались в звёздах. Распад рения 187Re в осмий 187Os является другим примером радиоактивного распада с большим временем жизни. И здесь оценки времени существования звёзд оказываются порядка 18—20 млрд. лет.
Такой большой возраст ставит проблему перед космологами, занимающимися изучением структуры и эволюции Вселенной как целого. В принятой сейчас картине происхождения Вселенной считается, что она возникла в результате гигантского взрыва, так называемого Большого взрыва. Оценки времени, прошедшего с момента Большого взрыва, зависят от измерений того, насколько быстро расширяется Вселенная сейчас. Наибольший интервал времени, который можно получить из современных наблюдений, составляет 16,5 млрд. лет. Всякая наблюдательная или теоретическая неопределённость в оценке этого числа, называемого обычно «возрастом Вселенной», имеет тенденцию понижать его до значений вплоть до 8—10 млрд. лет. Очевидно, что возраст звёзд слишком велик, чтобы его можно было совместить с возрастом Вселенной. Необходима значительная работа как в космологии, так и в изучении звёздной эволюции, чтобы устранить это расхождение.
С точки зрения задач наблюдений очень важно знать, насколько часты планетные системы вокруг звёзд. До сих пор мы с полной уверенностью можем говорить только об одной планетной системе — о нашей собственной! Космический телескоп и другая изощрённая наблюдательная техника может дать ответ на вопрос, имеются ли планеты у ближайших звёзд. Эта информация поможет теоретикам; во-первых, они смогут проверить теорию (или теории) звездообразования, так как считается, что планеты возникают в процессе образования звёзд; во-вторых, это может помочь при решении вопроса о существовании жизни в каком-то другом месте Галактики. Планета, находящаяся на подходящем расстоянии от своей звезды (как Земля по отношению к Солнцу), может оказаться колыбелью жизни и поддерживать её энергией, получаемой от звезды. Если у ближайших нескольких звёзд обнаружатся планетные системы, то астрономы могут направить свои большие радиотелескопы на них и попытаться перехватить разумные сигналы, возможно, существующих там высокоразвитых цивилизаций!
Нечего и говорить, что положительный результат подобных исследований переведёт астрономию в новое измерение.
Завершив свою миссию, космический корабль удалялся от Солнечной системы. Профессор, читавший подробный отчёт, подготовленный Суньей, вдруг засмеялся. Он поманил к себе Сунью. Ожидавший очередного выговора Сунья приятно удивился, увидев своего наставника в хорошем настроении. Профессор сказал: «Ты знаешь, Сунья, благодаря счастливой случайности ты наблюдал за человеческим существом, понять которое нам не помогла бы никакая статистика Пурны. Твоё путешествие было не напрасным».
Фотография человека, которого изучал Сунья, приведена на рис. 70.
Рис. 70. Фотография человека, которого изучал Сукья
Занимаясь в основном собиранием статистики небесных тел, астрономы непрерывно занимаются и поиском редких и необычных явлений, вроде Крабовидной туманности или Лебедя Х-1.
ПРИЛОЖЕНИЕ СТЕПЕНИ ДЕСЯТИ И ЛОГАРИФМЫ
Для записи больших чисел астрономы предпочитают использовать степени десяти. Степенные обозначения очень просто понять, и они станут ясны даже неподготовленному читателю из следующих простых примеров:
102 = 100, 104 = 10 000, 106 = 1 000 000.
Как видно из этих примеров, степень, т.е. число, стоящее справа вверху от 10, есть просто число нулей после единицы в этом числе. На самом деле, альтернативный, но более точный способ определения степени десяти связан с числом множителей 10 в рассмотренных выражениях; так,
102 = 10 • 10,
104 = 10 • 10 • 10 • 10,
106 = 10 • 10 • 10 • 10 • 10 • 10.
Когда такие числа перемножаются, их степени складываются просто потому, что складывается число сомножителей:
102•104=(10•10)(10•10•10•10)=106=102+4.
На математическом языке операция, обратная к возведению десяти в степень, заключается во взятии логарифма. Так, вопрос: «какое число получится при возведении 10 в степень 6?» имеет ответ: «один миллион». Изменим первоначальный вопрос: «в какую степень надо возвести 10, чтобы получить миллион в результате?», тогда ответом будет число 6. Это утверждение записывается так:
«логарифм миллиона по основанию десять равен шести», или, более компактно,
log10(1 000 000) = 6.
Обычно принято опускать явное указание на «основание 10» в этом выражении и писать не log, a lg, подразумевая, что речь идёт только о степени десяти. Так,
lg(l 000 000) = 6, lg (10 000) = 4, lg (100) = 2.
Очевидно, что, возводя 10 во все большую и большую степень, мы будем получать все большие числа. Обратно, логарифм числа растёт, если растёт само число.
Возникает вопрос: «можно ли узнать логарифмы чисел, которые не получаются простым умножением 10 само на себя несколько раз?» Ответ положителен, если учесть указанное свойство логарифмов.
