Взрывы звезд и жизнь на Земле

Статья астрофизика Сергея Блинникова и географа Александра Зинковского о взрывах сверхновых, гамма-всплесках и звездных скоплениях

Чем только ни пугали человечество за последнюю сотню лет: «неизбежной» для Земли мировой термоядерной войной, или фатальной пандемией из-за случайно вырвавшихся на свободу «боевых» вирусов и микробов, или катастрофическим для всего живого «глобальным потеплением климата», или «концом света» из-за неминуемого столкновения нашей планеты с гигантским астероидом или кометой, или опустошительной агрессией опередивших нас в развитии инопланетных цивилизаций и так далее. А мы живем себе и удивляемся, поскольку ни одно из этих мрачных пророчеств так пока и не стало явью.

Но значит ли это, что нам нечего опасаться в будущем и человечеству планеты Земля всегда должно везти на пути его прогресса и процветания? Конечно нет! Мы должны заботиться о нашем будущем, если оно нам не безразлично. И ведь что-то в этом плане уже делается. Так, например, мы знаем, что мировая война с применением ядерного, химического и бактериологического оружия не может начаться «сама собой», потому что страны с мощным ядерным потенциалом принимают все необходимые меры, для того чтобы исключить любые «случайные действия». С угрозой «глобального потепления» мировое сообщество начинает активно бороться и стремится ограничить международными договорами выбросы в атмосферу углекислого газа, а заодно проявляет заботу и о целостности озонового слоя планеты.

В отношении астероидно-кометной угрозы дела обстоят хуже, но и они не безнадежны, потому что мы, жители планеты Земля, уже обладаем термоядерными зарядами и космическим флотом, в принципе способным направить их для разрушения или отклонения на подходе к Земле астероидов или комет размерами до 10 километров, а при обнаружении опасности за много месяцев и, если повезет, за несколько лет до столкновения можно будет сбить с фатального курса гораздо более крупные объекты.

В отличие от вышеупомянутых «земных» и «космических» угроз для благополучного развития нашей цивилизации, в дальнем космосе существуют, однако, и более опасные для жизни человечества явления, которые официально признаны наукой, но от которых мы еще очень долго, буквально в течение сотен и сотен лет, не сможем себя эффективно защищать. Это не что иное, как происходящие в окружающем нас большом космосе гипервспышки излучений и сверхвыбросы материи при появлении так называемых сверхновых звезд, а также моменты очень коротких, но чудовищных взрывов далеких и пока загадочных галактических объектов, условно названных астрономами гамма-всплесками. Оба вида этих сверхвзрывов по своей всесокрушающей и глобальной мощи соизмеримы для нас, беззащитных перед этими феноменами землян, только с мировой термоядерной войной.

Как ярчайшие объекты звездного неба, превосходящие иногда по блеску даже Венеру, сверхновые известны человечеству с незапамятных времен. Они подробно описаны в исторических хрониках и других письменных источниках. Пожалуй, самая яркая суперзвезда среди исторических сверхновых была зафиксирована 1 мая 1006 года одновременно швейцарскими монахами, арабскими учеными и китайскими астрономами. Для людей той эпохи эта неожиданно яркая звезда возникла на небосводе как бы сама собой и в течение 18 месяцев светила вдвое ярче Венеры. Она была видна даже днем.

Как считает современная астрофизика, любая сверхновая звезда — это одна из звезд нашей Галактики или других галактик, которая прошла все стадии своего развития от зарождения до угасания, когда весь запас термоядерного горючего оказывается полностью исчерпан. После этого она остывает и теряет свои огромные запасы тепловой энергии, а заодно и способность к подъему своего колоссального внутреннего давления, удерживающего плазму от гравитационного схлопывания к центру масс. Конечный гравитационный коллапс такой угасающей звезды будет зависеть от ее исходной массы и предполагает несколько вариантов развития. Причем, если масса взорвавшейся звезды была не слишком велика, на ее месте останется до предела сжавшееся ядро, которое астрофизики называют нейтронной звездой. А если масса звезды до взрыва была огромной, то после коллапса и взрыва на ее месте останется сжавшаяся в сингулярную точку черная дыра, невидимая для нас. Однако все варианты появления на месте состарившейся звезды сверхновой, хотя и каждый по-своему, приводят к взрыву ее внешних оболочек, выделению за счет гравитационного сжатия колоссального количества энергии в виде излучений и кинетическому разлету остаточного вещества с огромными скоростями. Как считают астрофизики, при взрыве сверхновой с начальной массой, скажем, около 20 солнечных может выделиться энергия порядка 3*1053 эрг. Правда, эта энергия уходит в основном в почти невидимые нейтрино, но и то, что остается во взрыве, чудовищно: столько энергии Солнце сможет дать только за 10 миллиардов лет! Когда на небе появляется сверхновая, это означает, что в большом космосе на месте, занятом раньше обычной, но выгоревшей звездой, возникает новый, только что родившийся объект, который по своей яркости и светимости превосходит среднюю галактику с ее миллиардами звезд. И только отделяющее нас от этой чудовищной сверхвспышки галактическое расстояние, а также не слишком прозрачные для многих видов излучений космические газово-пылевые облака делают видимый блеск этого объекта соизмеримым лишь с Луной или Венерой, всякий раз не позволяя новорожденному огненному монстру сжечь на Земле все живое.

Взрыв сверхновой 1987А в малой галактике, близкой к нашей Галактике, так называемом Большом Магеллановом Облаке, дал астрономам возможность детального изучения феномена сверхновых. Современные астрономы каждый год в близких и далеких галактиках обнаруживают по несколько сотен сверхновых в год. В нашей Галактике вспышки сверхновых происходят в среднем раз в 30–100 лет. Наблюдаются они гораздо реже, так как скрыты от нас пылью в плоскости Млечного Пути, в которой мы живем.

Потенциально опасные для Земли будущие сверхновые — это вполне реальные, не особенно выделяющиеся среди звезд космические объекты, которые могут взрываться в опасной близости, то есть на расстояниях порядка от одной-двух сотен световых лет и менее от Солнечной системы. Энергии этих вспышек может хватить для частичного, а изредка и для полного уничтожения земной жизни и разума.

В качестве примера рассмотрим звездную ассоциацию Sco-Cen пояса Гулда (то есть скопление молодых OB-звезд), которая находится от нас на расстоянии порядка 400 световых лет. В прежние эпохи она могла быть значительно ближе к Земле. За прошедшие 11 миллионов лет эта ассоциация была способна дать 20 взрывов сверхновых, причем она могла находиться при этом и на расстояниях около 100–130 световых лет от Земли. Какая-либо сверхновая из этой ассоциации могла серьезно повредить озоновый слой земной атмосферы и привести к самому близкому к нам по времени массовому вымиранию морских организмов при переходе (порядка 2,5 миллионов лет назад) от плиоцена к плейстоцену. Работа В. И. Красовского и И. С. Шкловского об опасности вспышек сверхновых для биосфер нашей и других планет (если они у других планет есть), а также для цивилизаций космоса (при условии, что они существуют в нашей или других галактиках) вышла еще в 1957 году. Ее актуальность велика и в наше время, но теперь мы знаем, что угроза из дальнего космоса не ограничена только вспышками сверхновых. В последние годы стало ясно, что так называемые космические гамма-всплески могут иметь неизмеримо более высокую концентрацию (мощность) энергии в пучке излучений, чем даже сверхновые. В течение последних 50 лет гамма-всплески ввиду их огромной мощности фиксировали на космических аппаратах простыми гамма-детекторами. Природа этих вспышек еще не раскрыта до конца, но уже имеется гипотеза, что гамма-всплески происходят на космических объектах, удаленных от нас на миллиарды световых лет, то есть в далеких галактиках. Это значит, что если гипотеза верна, то зафиксированные в наше время гамма-всплески происходят из областей Вселенной тех времен, когда она была вдвое, а то и втрое моложе.

С 1997 года некоторые источники гамма-всплесков удалось идентифицировать с реальными объектами в других галактиках, причем оказалось, что если бы не кратковременность гамма-всплесков, продолжающихся буквально секунды, то их можно было бы иногда видеть с Земли в обычный бинокль как неожиданно вспыхивающие и гаснущие звезды. Конечно, то, что можно увидеть, — это не само гамма-излучение, которое не видно нашему глазу, а часть энергии, переработанная в видимый свет, то есть ореол или послесвечение всплеска. Например, всплеск GRB 080319B — второй всплеск 19 марта 2008 года (всего их было замечено четыре в этот день, что очень редко бывает) — был таким ярким в видимом свете, что его можно было бы видеть около минуты невооруженным глазом. Конечно, люди его не заметили, но зафиксировали это кратковременное свечение телескопы-роботы и даже сняли об этом документальный фильм. А вот целенаправленно улавливать оптические вспышки при гамма-всплесках в видимом свете или радиодиапазоне астрономам приходится уже с помощью особых методов, преимущественно по затухающему ореолу или послесвечению. Всего ученым удалось наблюдать за счет послесвечения несколько сотен таких объектов, связанных с гамма-всплесками. И это число все время растет. А самих гамма-всплесков обнаружено уже несколько тысяч.

Энергия, выделяющаяся при гамма-всплесках, колеблется от 1051 до 1054 эрг. Только вспышки сверхновых приближаются к гамма-всплескам по общему энерговыделению, но при этом есть существенная разница: в то время как сумма энергии выделяется сверхновой за несколько дней в виде электромагнитной, в частности световой, энергии в дни ее максимальной вспышки и большей частью в последующие многие годы кинетического разлетания вещества, в гамма-всплеске вся его энергия выделяется в считаные секунды именно в виде высокоэнергетических фотонов. Поэтому моментальная мощность гамма-всплеска несопоставимо выше мощности вспышки сверхновой даже в пике ее активности. Гамма-всплески — это почти целиком излучение, то есть релятивистские частицы, которые несутся в космосе в виде невероятно мощного энергетического импульса со скоростью света как гамма-излучение с примесью видимого света. Весьма вероятно, что причиной гамма-всплесков являются невероятно массивные коллапсирующие звездоподобные объекты либо две столкнувшиеся массивные нейтронные звезды, слившиеся и перешедшие в состояние гравитационного коллапса.

Сверхновые достаточно опасны для нашей планеты, но их вспышки растянуты во времени и не всегда фатальны для живых организмов. Кроме того, ученые вычислили природу сверхновых и могут, хоть и очень приблизительно, предсказать заранее даже периоды, когда следует ожидать того или иного взрыва от старых звезд. А в будущем их прогнозы будут все точнее и точнее.

Гораздо опаснее для жизни и цивилизации нашей планеты космические гамма-всплески, которые неизмеримо мощнее вспышек сверхновых в жестком излучении. Есть некоторые основания считать гамма-всплески в определенной мере направленными, что мы и учтем в рассуждениях. На расстоянии 10 световых лет от нас находится около десятка звезд. Если среди этих звезд «направленно» взорвется источник гамма-всплеска средней силы и случайно заденет нашу планету, то при пересечении сверхмощного потока гамма-излучения с Землей на каждом гектаре земной поверхности выделится энергия, равная взрыву современной ядерной бомбы. Атмосфера почти не погасит эту мощнейшую лучевую атаку, и все живое на половине планеты будет уничтожено мгновенно. На теневой части Земли жизнь хоть и с запозданием, но тоже полностью уничтожится из-за разрушения озонового слоя и прочих вторичных эффектов, смертельных для всего живого. Если же гамма-вспышка произойдет на другом от нас крае нашей Галактики, она уже не будет смертельной для всех форм земной жизни, хотя и отразится на эволюции живых организмов. В промежуточном случае, если гамма-всплеск случится на расстояниях порядка 10–20 тысяч световых лет от нас, что соизмеримо с таким параметром, как радиус нашего галактического диска, энергетический удар по Земле будет все-таки достаточно силен, чтобы уничтожить почти все, потому что он будет равен взрыву современной ядерной бомбы на каждом квадрате земной поверхности со сторонами по 10 километров. Разум и многие высшие формы жизни на Земле окажутся уничтожены.

Ученые подсчитали, что фатальные атаки нашей планеты лучевыми ударами гамма-всплесков с расстояний в 10–20 тысяч световых лет и менее могут происходить один раз в несколько сот миллионов лет. Не совсем фатальные, но весьма разрушительные для биосферы Земли удары гамма-всплесков издалека, с расстояний 20–50 тысяч световых лет, возможны чаще — примерно каждые 30–50 миллионов лет. Наша цивилизация существует в развитом виде, согласно сохранившимся письменным источникам и по данным археологии, всего несколько тысяч лет, поэтому она пока и не сталкивалась с достаточно мощными энергетическими атаками из космоса вроде гамма-всплеска или вспышки сверхновой. Уничтожение или вымирание динозавров происходило, по данным палеонтологии, около 65 миллионов лет назад, а этот промежуток времени в качестве причины массовой гибели земных животных-гигантов, а заодно и многих других жизненных форм уже не исключает энергетического удара гамма-всплеска или сверхновой с опасного для нашей планеты расстояния. Хотя не менее вероятно, что такого рода тотальное уничтожение жизни на нашей планете могло быть связано и с падением на Землю гигантского астероида. Для доказательства каждой из этих гипотез требуются дополнительные данные, и такой спор может быть разрешен лишь тогда, когда удастся собрать все необходимые «улики» в достаточном количестве и качестве.

С другой стороны, астероидная и кометная опасность для Земли может иметь некоторую причинно-следственную связь с гамма-всплесками и сверхновыми. Дело в том, что даже не очень мощный энергетический импульс от гамма-всплеска или сверхновой может не только привести к ионизации и отравлению атмосферы Земли с отдаленными для всего живого последствиями, но и способен дать пусть и несильные, но ощутимые возмущения орбит комет из облака Оорта, увеличивая вероятность их столкновения с Землей. О том, какую угрозу Земле несет столкновение с астероидом или кометой, сообщалось достаточно часто, поэтому приведем только один характерный пример: геологический анализ остатков 180-километрового кратера Чиксулуб, расположенного на полуострове Юкатан, показывает, что он был создан ударом кометы или астероида. Выделившаяся энергия превышала в 10 тысяч раз взрывчатую энергию всех запасов ядерного оружия, имеющегося сейчас на Земле. Такой взрыв вполне мог привести к массовому уничтожению жизни на Земле в конце мезозойской эры 65 миллионов лет назад, когда исчезли динозавры, а общая земная биомасса на суше и на море уменьшилась в 4 раза.

Итак, в большом космосе существует фатальная для нашей планеты и цивилизации опасность в виде почти непредсказуемых на современном этапе развития науки вспышек сверхновых и взрывов гамма-всплесков, перед мощью которых мы еще очень долго будем безоружны. Учитывая повторяющуюся возможность тотального уничтожения всего живого на обитаемых космических объектах при космических взрывах галактического масштаба, можно предполагать, что большая часть развивающихся цивилизаций космоса погибает раньше, чем достигает высокой стадии развития.

Источник: lenta.co