От чёрных облаков к чёрным дырам - Нарликар Джаиант - Страница 15

Можно полагать, что два свойства описанного выше механизма образования планет — наличие вращения и магнитного поля — достаточно распространены в ГМО, поэтому и планетарные системы должны встречаться сравнительно часто. Другими словами, большинство звёзд в процессе образования должны также приобретать несколько планет.

Конечно, весьма нелегко проверить это утверждение с помощью наблюдений, так как планеты других звёзд очень трудно разглядеть. Однако есть надежда, что запуск космического телескопа в конце 80-х годов облегчит систематический поиск других планетных систем.

Есть два способа, позволяющие добиться успеха в детектировании планет ближайших звёзд. Если мы по случайности находимся в плоскости планетной системы звезды, то можно наблюдать, как звезда частично затмевается планетой. Другой способ состоит в том, чтобы наблюдать малые возмущения в положении звезды, обязанные гравитационному притяжению достаточно массивной планеты (вроде Юпитера в нашей Солнечной системе). Оба указанные эффекта необычайно малы и в настоящее время находятся за пределами возможностей лучших наших телескопов. Именно поэтому космический телескоп с необычайно возросшей чувствительностью может помочь в этом деле.

Тем временем запущенный в начале 1983 г. и функционировавший 10 месяцев инфракрасный телескоп ИКАС (Инфракрасный астрономический спутник) получил данные, указывающие на существование полдюжины планетных систем, находящихся в стадии образования.

Первое указание на наличие планетарного диска было получено от ИКАС весной 1983 г., когда Оман и Жилле обнаружили, что излучение, идущее от звезды Вега, в 10 раз больше ожидаемого. Это излучение находилось в инфракрасном диапазоне на длине волны примерно 60 микрон. Более внимательный анализ этого излучения показал, что оно приходит не от центральной звезды, а от кольца пылевых частиц, вращающихся вокруг неё. Более того, эти пылевые частицы имели по меньшей мере 40 микрон диаметром. Расстояние от кольца до центра сейчас оценивается в 85 АЕ, а масса кольца приблизительно равна 300 массам Земли.

Звезда Вега молода по сравнению с нашим Солнцем, её возраст составляет всего одну пятую возраста Солнца. Если наш общий сценарий образования планет верен, то вполне вероятно, что планеты вокруг Веги находятся в стадии образования и наблюдаемое с помощью ИКАС кольцо является протопланетарным кольцом. Его радиус в астрономических масштабах сравним с радиусом нашей планетной системы (расстояние от Солнца до самой далёкой планеты Плутон равно 39 АЕ).

Следует ожидать, что излучение от планет (которые холоднее звёзд) находится в диапазоне длинных инфракрасных волн. Поэтому обнаружение с помощью ИКАС кольца вокруг Веги быстро повлекло за собой дальнейшие поиски планет или протопланетарных колец. На расстоянии до 100 световых лет от нас было найдено ещё пять или шесть таких систем. Кроме того, ИКАС обнаружил ранее незамеченную пыль в туманности Ориона. Считается, что эта пыль играет ключевую роль в образовании планетных систем вокруг рождающихся там звёзд. ДВА ВОПРОСА

Хотя мы и дали приемлемое объяснение того, как образуются звёзды, в наших рассуждениях остались два пробела; один, из них относится к началу, а другой — к концу процесса.

Мы начали с предположения, что в ГМО имеются сжимающиеся области, которые более плотны, чем остальное рассеянное вещество облака. Но с чего началось такое сжатие? В начальном рассеянном состоянии собственное тяготение облака слишком слабо, чтобы привести к сжатию. Должен быть какой-то начальный внешний толчок, который заставляет отдельные части ГМО вступить на путь сжатия. Как только эта часть начинает сжиматься, в игру включается тяготение и ускоряет процесс. Но в чем внешняя причина, запустившая весь этот механизм в действие? Возможный ответ на этот вопрос мы обсудим в гл. 8.

Вопрос же, относящийся к концу, естественно, заключается в том, чтобы обнаружить мистический источник энергии, начинающий действовать тогда, когда центральная часть звезды становится достаточно горячей. Обсудим этот вопрос.

Глава 6 СЕКРЕТ ЭНЕРГИИ ЗВЕЗД

К середине 20-х годов астрофизики имели достаточно ясные представления о составе типичной звезды. Если не принимать во внимание рассуждений гл. 5, где изложен сценарий того, как рождаются звёзды, и не учитывать, что многие детали этого сценария стали понятными значительно позже, можно сказать, что астрофизики 20-х годов воспринимали звезду как готовый объект и исследовали те условия, при которых она может сохранить свои размеры и внешний вид в течение сотен миллионов лет. Пионерские работы в этом направлении были сделаны сэром Артуром Стенли Эддингтоном (1882—1944 гг.) в Кембридже. Даже сегодня астрофизики, работающие над теорией строения звёзд, исходят из уравнений, выведенных Эддингтоном.

Не входя в технические детали, начнём с изложения идей, содержащихся в уравнениях Эддингтона. УРАВНЕНИЕ ПОДДЕРЖАНИЯ РАВНОВЕСИЯ

Допустим, что звезда является газовым шаром, каким-то образом способным сохранить размеры и форму. Из рис. 37 ясно, почему такое предположение таит много скрытой информации.

Рис. 37. Когда массы А, В и С начинают двигаться по направлению друг к другу под действием сил взаимного тяготения, треугольник ABC сжимается

На рис. 37 указаны три точки А, В, С, образующие где-то внутри звезды равносторонний треугольник. Предположим, что эти точки имеют равные массы; допустим далее, что в звезде нет никакого другого вещества, кроме трёх масс в точках А, В, С. Согласно закону тяготения Ньютона эти массы будут притягиваться друг к другу. Если ничто не удерживает их в начальных положениях, они будут двигаться по направлению. друг к другу, и в результате треугольник ABC будет сжиматься.

Приведённый простой пример иллюстрирует общую тенденцию всех других точек звезды, которые мы пока что игнорировали. Все они притягиваются друг к другу, и поэтому звезда как целое сжимается. На самом деле, такая тенденция к сжатию ничем не отличается от той, которая существует в первичном молекулярном облаке (см. предыдущую главу). Разница в том, что какая-то причина препятствует сжатию звезды.

Противоположная сила, удерживающая звезду в неизменном состоянии, порождается, конечно, давлением её собственного газа. Это давление максимально в центре звезды и непрерывно уменьшается в направлении к её поверхности. На поверхности звезды давление равно нулю. Из рис. 38 видно, каким образом такое уменьшающееся вовне давление помогает поддерживать размеры звезды.

Рис. 38. Так как давление в звезде уменьшается от центра к поверхности, то давление на какой-то слой изнутри, показанное стрелками, оказывается больше давления извне. Разность этих давлений противодействует тенденции к сжатию слоя

На этом рисунке показан сферический слой газа с центром в центре звезды. Как отмечено выше, этот слой имеет тенденцию сжиматься. Но... мы видим теперь, что давление газа порождает противоположные силы на внутренней и внешней поверхностях слоя. Стрелки на рисунке показывают, что силы на внутренней поверхности стремятся раздуть слой, а силы на внешней поверхности сжимают его внутрь. Так как давление на внутренней поверхности больше по сравнению с внешней (напомним, что давление убывает наружу!), то внутренняя поверхность выигрывает. В результате силы давления стремятся расширить слой.

Итак, мы видим, что возникает противоборствующая сила, порождаемая давлением, которая должна точно уравновесить силу гравитационного сжатия. Если бы существовал малейший дисбаланс, то звезда либо раздувалась, либо сжималась. На самом деле, позднее мы увидим, что такой дисбаланс действительно возникает при определённых условиях. Разница в силах может быть такой большой, что звезда может взорваться и потерять значительное количество вещества, или, наоборот, испытать имплозию, перейдя в очень сжатое состояние.