Массивные звёзды, сверхновые и их остатки

Когда ядро массивной звезды превращается в железо, топливо заканчивается за считаные дни, и ядро сжимается.

Короткая бурная жизнь

NASA проводит границу между судьбами звёзд примерно на восьми массах Солнца. Более тяжёлая звезда начинает так же, как любая другая: сжимается из облака и вступает на главную последовательность, где происходит слияние ядер водорода. Но она находится в горячей яркой верхней левой области диаграммы ГР. Топливо расходуется стремительно, и, по описанию NASA, весь процесс занимает лишь несколько миллионов лет, тогда как у Солнца около 10 миллиардов. Бетельгейзе, по данным NASA, примерно в 15 раз массивнее Солнца; ей около 10 миллионов лет, а она уже красный сверхгигант.

Слои, как у луковицы

Когда в ядре кончается водород, массивная звезда, как и небольшая, начинает превращать гелий в углерод. Но массы её ядра хватает, чтобы идти дальше. После гелия углерод превращается в неон, затем неон в кислород, кислород в кремний и наконец кремний в железо. Каждый новый вид топлива горит в ядре, а прежние продолжают гореть в оболочках вокруг него, так что недра звезды напоминают луковицу с железом в центре. NASA отмечает, что каждый новый вид топлива даёт всё меньше времени. Когда кремний превращается в железо, до исчерпания топлива остаются считаные дни.

На железе цепочка обрывается. Слияние ядер железа с образованием более тяжёлых элементов поглощает энергию, а не выделяет её, поэтому ядро теряет поддерживающее давление. За долю секунды оно сжимается, пока ядра атомов не сближаются настолько, что начинают сопротивляться сжатию, и происходит отскок. Он посылает ударную волну через звезду; результатом становится сверхновая, взрыв, способный ненадолго затмить целую галактику. NASA подчёркивает: выброшенное вещество обогащает будущие облака, поэтому следующее поколение звёзд и планет содержит элементы, созданные внутри более ранних звёзд.

Нейтронные звёзды и чёрные дыры

То, что останется, зависит от массы. По данным NASA, звезда с массой примерно от 8 до 20 солнечных оставляет нейтронную звезду: масса больше солнечной сжата в шар диаметром примерно с длину острова Манхэттен, около 20 км. Её плотность несравнима с земной: если поместить 1.4 массы Солнца в шар радиусом 10 км, получится около 7 × 10¹⁷ кг на кубический метр. Многие нейтронные звёзды быстро вращаются, и их лучи излучения обегают космос, словно луч маяка. Когда луч пересекает Землю, мы видим пульсар. У некоторых, называемых магнетарами, магнитное поле до тысячи раз сильнее, чем у обычной нейтронной звезды.

Для звёзд тяжелее примерно 20 Солнц коллапс, по данным NASA, создаёт чёрную дыру звёздной массы. Её притяжение настолько сильно, что изнутри горизонта событий не может выйти даже свет. У чёрной дыры массой с Солнце радиус горизонта составил бы всего около 3 км. Чёрные дыры находят по воздействию на соседнее вещество: газ, перетянутый со звезды-компаньона, нагревается в закрученном диске и светится в рентгеновских лучах. NASA ожидает, что Бетельгейзе после сверхновой оставит нейтронную звезду или чёрную дыру в зависимости от оставшейся массы; вероятно, это произойдёт примерно через 100 000 лет.