Красиво, эмоционально, но очень точно выразил суть человека великий негодяй Гарин. Особенно уместно в его высказывании "или": на первый взгляд, весьма категоричное, это "или" звучит, скорее, как "и". Да, есть во Вселенной крошечный шарик, вот уже 4,5 млрд. лет летающий вокруг небольшой желтой звездочки, находящейся на периферии ничем не примечательной галактики, содержащей миллиарды подобных звезд и затерянной среди миллиардов подобных галактик. Да, в результате долгой химической, биологической и, наконец, технологической эволюции поверхность этого шарика, глиняного снаружи и железного внутри, покрылась тончайшим слоем плесени, гордо именующей себя человеческой цивилизацией. Да, этой плесени есть чем гордиться: она действительно вырабатывает "таинственную материю", способную вместить в себя всю Вселенную. И успешно вмещающую. Сегодня, к концу XX века, область, оккупированная человеческим разумом, простирается в пространстве от видимых границ Вселенной до недр протона, а во времени - от первых микросекунд жизни Вселенной до эпохи угасания последних солнц.

OK, чтобы вышесказанное не показалось всесторонне компьютеризированному читателю высокохудожественной ахинеей, а также чтобы не обниматься с необъятным, будем предельно конкретными. Рассмотрим химический состав нашего заплесневелого шарика. Все живое, от вируса до человека, на 99% своей массы состоит из 4 химических элементов: водорода, углерода, кислорода и азота. Из всей таблицы Менделеева для биологической жизни необходимы только 16 элементов; еще 6 факультативны - в одних организмах они есть, в других их нет. Зато для созданной человеком техносферы нужны все химические элементы, от водорода до урана и даже дальше, добываемые из земного шарика и синтезируемые искусственно. Сам шарик, несущий нас на себе, как бы двойной. Его толстая оболочка - от поверхности коры до низа мантии - состоит преимущественно из кислорода, кремния, алюминия и натрия, как глина, а его ядро - жидкое снаружи и твердое внутри - это, в основном, железо и никель. Ну и что с того? Да то, что не будь разнообразия химических элементов - не было бы ни шарика, ни плесени, ни мысли, вмещающей в себя всю Вселенную. Тут-то кое-кто из читающих марксистов, когда-то учивших меня уму-разуму, возопит, что это - идиотская постановка вопроса, потому что Вселенная вечна (и бесконечна), а химические элементы в ней были всегда и пребудут во веки веков, аминь! На что космолог или астрофизик только грустно улыбнется и поведает совершенно иную историю.

Известная нам Вселенная родилась около 13 млрд. лет назад в результате Большого Взрыва - процесса чрезвычайно быстрого расширения (и потому охлаждения) материи из фантастически плотного и горячего исходного состояния. И это не фантастика: наблюдаемое расширение Метагалактики открыл в 1929 году американский астроном Хаббл, а в 1965-м Пензиас и Вильсон из Bell Labs "услышали эхо" Большого Взрыва - обнаружили реликтовое микроволновое фоновое излучение (за что в 1978-м получили Нобелевскую премию). Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что сам по себе Большой Взрыв никакого химического разнообразия не создал: слишком уж скоротечными (всего лишь несколько секунд) были условия достаточно высоких давлений и температур, чтобы путем слияния протонов, нейтронов и легчайших ядер успело синтезироваться заметное количество ядер химических элементов тяжелее гелия. Поэтому в первые миллионы лет своей жизни наша Вселенная была не только гораздо более горячей и плотной, чем теперь, но и гораздо более унылой и однообразной: 75% водорода (по массе), почти 25% гелия, чуть-чуть дейтерия, а остального - всего ничего. Да, в таком мире не было бы ни химии, ни жизни... Откуда же взялась вся таблица Менделеева вместе с самим Дмитрием Ивановичем? Оказывается, из пепла сгоревших звезд! Как только молодая Вселенная поостыла вследствие расширения, в ней начался бурный процесс звездообразования. Под действием гравитации гигантские облака водорода и гелия сгущались в звезды первого поколения, и в их недрах разгорались термоядерные реакции синтеза тяжелых элементов из легких. Поскольку эти звезды были очень массивными, они сжигали свое горючее чрезвычайно интенсивно и кончали свои недолгие жизни колоссальными взрывами сверхновых, выбрасывая большую часть своего вещества, уже обогащенного тяжелыми элементами, в окружающее пространство. Теперь из их пепла состоят наши тела и наши вещи, воздух, которым мы дышим, и земля, по которой мы ходим... Нам трудно вообразить, в каком пекле все это выварилось много миллиардов лет назад. Да и было ли так? Опираясь на компьютерные симуляции взрывов сверхновых, современная астрофизика отвечает, что так оно и было.

Только без паники: наше солнышко никогда не взорвется как сверхновая, потому что оно - слишком маленькая звезда. Солнце стабильно светит и греет, пережигая свой водород в гелий, вот уже 4,5 млрд. лет и собирается делать это на протяжении еще 200 миллионов человеческих поколений, после чего пережжет гелий в углерод, но поджечь углерод не сможет и сожмется в медленно остывающий белый карлик. У больших звезд иная судьба. Массивная звезда проходит все стадии своей эволюции в нарастающем темпе за несколько миллионов лет, после чего ее центральная область коллапсирует (схлопывается) всего лишь за секунду, а самые важные стадии этого коллапса происходят за несколько миллисекунд. Коллапс приводит к взрыву сверхновой (более точно - сверхновой II типа), сияющей ярче целой галактики примерно месяц. Но электромагнитное излучение уносит лишь малую долю энергии сверхновой: кинетическая энергия выброшенного взрывом вещества в 10 раз больше, а в 100 раз большую энергию уносят в пространство элементарные частицы нейтрино, высвобождаемые в виде секундной невидимой вспышки. В центре взрыва остается небольшая часть вещества погибшей звезды - сверхплотный темный шлак: нейтронная звезда или даже черная дыра. Разумеется, ни один из свидетелей, наблюдавших такую катастрофу на месте происшествия, то есть внутри сверхновой, не мог остаться в живых. Поэтому описываемый здесь сценарий гибели звезды, в 25 раз превосходящей Солнце по массе, полностью основан на многочисленных компьютерных симуляциях, выполненных преимущественно в 80-х годах группой Т. Уивера в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса и хорошо объясняющих все то, что астрономы видят нечасто и очень издалека. Эти симуляции дали много неожиданных и интересных результатов, о которых стоит рассказать подробнее.

Термоядерные реакции, протекающие в недрах массивной звезды, очень интенсивны и идут с нарастающей быстротой. В центре звезды водород перегорает в гелий за 7 миллионов лет, гелий в углерод - за 500 тысяч лет, углерод в неон - за 600 лет, неон в кислород - за 1 год, кислород в кремний - за 6 месяцев, и, наконец, наступает стадия образования железа из кремния, длящаяся всего лишь одни сутки. За эти 7,5 млн. лет плотность вещества в центре звезды возрастает с 10 г/куб.см до 50 млн. г/куб.см (т.е. 50 тонн в кубике, но это еще не "ого!" - будет гораздо больше), а температура - с 10 млн. градусов до 400 млн. градусов. В последние сутки жизни массивная звезда напоминает луковицу своей концентрической слоистой структурой. В ее центре находится растущее железное ядро массой до 2 солнечных масс. Его окружает мантия массой около 7 солнечных масс, состоящая из 4 слоев, где преобладают, соответственно, кремний и сера, кислород и неон, углерод и кислород, гелий. Мантия окружена разреженной и очень толстой оболочкой из 16 солнечных масс водорода. Мантия плотнее водородной оболочки в среднем в 10 млрд. раз и горячее - в 10000 раз. На границах между всеми слоями будущей сверхновой идут реакции термоядерного синтеза, особенно интенсивно - на поверхности ядра. Железное ядро быстро растет, но в нем самом невозможны дальнейшие реакции с выделением энергии, и потому оно сопротивляется сжимающему воздействию гравитации и внешнего давления исключительно за счет внутреннего давления электронного газа. Последнее, однако, имеет свой физический предел, и, когда железное ядро звезды дорастает до определенной критической массы, катастрофу не может предотвратить уже ничто.

Как только силы сжатия преодолеют упругое сопротивление электронной составляющей плазмы железа, начинается коллапс, то есть стремительное падение вещества в центр звезды, и счет времени переходит на миллисекунды. Подвергнувшись практически мгновенному сжатию, плазма превращается в нейтронное вещество: в самом центре звезды быстро растет шар, состоящий из нейтронов и имеющий колоссальную плотность 270 трлн. г/куб.см, характерную для материи атомных ядер (чайная ложка нейтронного вещества весила бы больше всех зданий Минска). Хотя нейтронному веществу свойственна крайне низкая сжимаемость, нейтронный шар под действием удара падающего к центру звезды вещества сжимается до еще большей плотности, на целых 50% превосходящей его нормальную плотность. Однако затем он упруго расширяется и своей отдачей порождает в веществе ядра звезды фантастически мощную ударную волну, распространяющуюся от центра наружу со скоростью от 30000 до 50000 км/с (т.е. от 1/10 до 1/6 скорости света). Двигаясь с такой скоростью, ударная волна за долю секунды достигла бы поверхности железного ядра звезды, а за пару суток - внешних границ водородной оболочки звезды (да, она так велика). Но на деле все получается гораздо сложнее: на расстоянии от 100 до 200 км от центра ударная волна выходит на "минное поле", где ее ожидает масса неприятностей. Так образно исследователи назвали область, где ударная волна сильно теряет скорость, пробиваясь сквозь встречный поток падающего на центр вещества, а также сильно теряет свою мощность, дробя ядра атомов железа на более мелкие ядра. Если ударная волна окончательно угаснет на "минном поле", то взрыва сверхновой не получится: слой за слоем все вещество звезды рухнет в ее центр, и все столь ценные для нашей жизни тяжелые химические элементы превратятся в нейтронное вещество, которое, остыв, навсегда покинет наш мир, провалившись в черную дыру.

Нет, взрыв сверхновой обязательно получится, только чуть позже. От рождения ударной волны вследствие упругой отдачи нейтронного шара до ее торможения и угасания на "минном поле" проходит всего лишь 10 миллисекунд физического времени, но компьютерное моделирование этого временного интервала требовало нескольких часов работы лучших суперкомпьютеров Ливермора. Когда исследователи промоделировали целую секунду коллапса ядра сверхновой, затратив многие сотни часов машинного времени, ударная волна возродилась и сделала свое дело! Причиной возрождения ударной волны служит колоссальный поток нейтрино, рвущийся из центра звезды наружу. Вообще-то, нейтрино крайне слабо взаимодействуют с веществом. Для них, например, земной шарик прозрачнее стекла: из миллиарда нейтрино сквозь него пролетают, не замечая, все, кроме одного. Однако в недрах сверхновой вещество имеет вовсе не земные плотности и потому способно удерживать в себе нейтрино на относительно большое время. Гигантское количество энергии, эквивалентное 1/10 исходной массы звезды, накапливается вблизи ее центра в виде нейтрино, интенсивно рождающихся в реакции электрон + протон = нейтрон + нейтрино, идущей при превращении железной плазмы в нейтронное вещество. Диффундируя (т.е. как бы просачиваясь) из центра звезды наружу, нейтрино уносят энергию, но по пути часть ее отдают наиболее плотным слоям вещества. Именно такой очень плотный слой и находится около 150-го километра от центра звезды, где ударная волна застряла на "минном поле". Хотя только 1/1000 всех пролетающих нейтрино взаимодействует с этим скачком плотности, энергии, отдаваемой ими веществу, хватает для возрождения ударной волны: за полсекунды нейтринного подогрева вещество вблизи 150-го километра разогревается настолько, что избыточное давление останавливает падение внешних слоев звезды внутрь. (Эти спасительные полсекунды исследователи поэтично назвали "освежающим перерывом".) С новыми силами возрожденная ударная волна продолжает свое движение наружу и выбросит в пространство в виде взрыва все вещество звезды, находящееся дальше примерно 150-го километра от ее центра, - это более 20 солнечных масс вещества, обогащенного тяжелыми элементами. Остальное вещество беспрепятственно завершит свой коллапс в нейтронную звезду массы более 2 солнечных масс и температуры 10 млрд. градусов, которая, постепенно остывая за счет излучения накопленных в ней нейтрино и сжимаясь, станет черной дырой. А 10% массы исходной звезды разлетятся по Вселенной в виде энергии неуловимых нейтрино. Вот и всё.

Почти всё. Еще - мораль. Когда в ранней Вселенной горели, сгорали и взрывались массивные звезды первого поколения, никто этого не видел, потому что зрителей еще не было. Спустя много миллиардов лет "ничтожнейшие микроорганизмы", состоящие из пепла тех звезд, захотели и сумели понять то, зачем те звезды светили "никому". Это ли не лучшая благодарность потомков своим предкам?

Сергей СЕРЫЙ,
kvss@usa.net