1.3. Мог ли взрыв сверхновой стать причиной катастрофы?

© Фисунов Владимир Александрович. 2007.

     Так что же послужило источником взрывной волны, которая распространяется в вакууме и к тому же повторяется достаточно часто по астрономическим меркам?


Ален Уэст и Ричард Файерстоун убеждены, что причиной катастроф послужили кометы (кометоподобные рои), заброшенные в Солнечную систему взрывом сверхновой. И в этом есть своя сермяжная правда, поскольку взрывы сверхновых являются на данный момент самым мощным катаклизмом, который мог произойти в ближайших окрестностях Солнца. Беда данной версии в том, что никакой кометный рой не мог покрыть сразу всю Солнечную систему. И кроме того, слишком мала вероятность неоднократного прицельного попадания в нее таких кометных роев — очень уж велико расстояние до таких взрывов.

      Поэтому рассмотрив версию близкого взрыва сверхновой, но в качестве поражающего элемента будем рассматривать не маловероятные кометные рои, а взрывную волну, которая распространяется в результате взрыва сверхновой звезды.

     До сих пор считалось, что близкие взрывы сверхновых абсолютно безопасны. Вот, как описывает последствия близкого взрыва сверхновой, если бы он произошел на расстоянии менее 10 парсек, известный советский астрофизик И.С.Шкловский в своей книге «Вселенная, жизнь, разум»:

     Что же при этом произойдет? Если бы в такие эпохи на Земле жили разумные существа, они прежде всего увидели бы на небе необыкновенно яркую звезду. Поток излучения от нее был бы в миллионы раз больше, чем от Сириуса — самой яркой из звезд. Все же он был бы в 10 тысяч раз меньше, чем поток излучения от Солнца…

     Следует, однако, заметить, что поток излучения от вспыхнувшей звезды в ультрафиолетовой области спектра в десятки раз превосходил бы солнечный. Это вызвало бы значительную ионизацию верхних слоев земной атмосферы, однако, не привело бы к катастрофическим последствиям…

     Солнечной системы расширяющаяся туманность достигла бы примерно через 10 тысяч лет…

     Как видим, у Шкловского нет ни слова о какой-то там взрывной волне. Может ее и в самом деле нет и нам надо искать другой источник взрывной волны в космосе?

     Попробуем разобраться в этом вопросе.

     Для начала отметим, что, несмотря на чрезвычайную разреженность, межзвездной среды в межзвездном пространстве, как ни странно, распространяются «ударные волны». Это происходит из-за того, что расстояния между звездами значительно превышают длину свободного пробега частиц. Правда, при этом происходит всего лишь 4-кратный скачок плотности вещества на фронте ударной волны, что, в условиях ее распространения в вакууме, вряд ли принесет погибель мамонтам и сгладит целое полушарие Луны

     Может у взрывов сверхновых имеются другие поражающие факторы?

     Известно, что скорость разлетающихся газов после взрыва сверхновой доходит до нескольких десятков тысяч км в секунду (обычно 10 – 15 тысяч км в секунду). Напомню, что бивни мамонтов были посечены множеством маленьких осколков, которые двигались со скоростью порядка 10 тысяч км в секунду. Очень странное совпадение! Не правда ли?

     Но могли ли, столь разряженные газы от взрыва, сохранить свою скорость, пройдя 10 и более парсек, ведь по мере распространения разлетающихся газов они сгребали межзвездную среду, что вызывало их торможение? Что говорит по этему поводу наблюдательная астрономия?

     Остатки взрывов сверхновых хорошо видны в виде быстро расширяющихся туманностей. Не существует сверхновых для которых размеры пылевых облаков, оставшихся после взрыва, достигали бы 300 световых лет (около 100 парсек). 

     Самым известным остатком сверхновой является Крабовидная туманность. Среди других общеизвестных остатков сверхновых — Кассиопея А, звезда Кеплера, звезда Тихо Браге и Петля в Лебеде.

     И тут следует опять предоставить слово И.Шкловскому («Звезды. Их рождение, жизнь и смерть»). Вот что он пишет о Крабовидной туманности, взрыв которой произошел почти тысячу лет тому назад:

     Скорость расширения системы волокон… около 1200 км/с.

     А это он же о звезде Кеплера (1604 год):

      … линейная скорость в плоскости, перпендикулярной лучу зрения, составляет около 1400 км/с, в то время, как полученная из спектральных наблюдений, лучевая скорость составляет 230 км/с.

     Получается, что уже через несколько сот лет, скорость расширения оболочки сверхновой падает в десятки раз, и они мало годятся на роль взрывной волны, вызвавшей катастрофу на Земле.

     Не будем, однако, спешить с выводами, и читаем дальше:

     Нет никаких указаний на существование ОПТИЧЕСКИ наблюдаемых остатков вспышки сверхновой 1006 г. Однако на месте вспышки, в южном созвездии Волка, обнаружен довольно слабый протяженный РАДИОИСТОЧНИК. Угловые размеры этого источника довольно велики: 25 минут… Зная возраст остатка, можно определить среднюю скорость расширяющейся оболочки, которая близка к 10 000 км/с.

     А вот что он пишет об уже упомянутой звезде Кеплера (1604 год): 

     На месте сверхновой 1604 года уже давно обнаружен довольно яркий источник РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ… при таком радиусе средняя скорость оболочки составляет около 12 000 км/с — величина примерно такая же, как у сверхновой 1572 года.

      И звезде Тихо (1572 год) 

     Учитывая возраст этой сверхновой, можно найти, что средняя скорость  расширения ее оболочки должна быть 12 000 км/с. Однако непонятно, почему скорость волокон так мала. Похоже на то, что эти волокна не являются остатками ПЕРВОНАЧАЛЬНО выброшенной оболочки.

     Как же это так получается? Оболочки и отдельные волокна сверхновых за несколько сот лет тормнозятся межзвездной средой в десятки и сотни раз, а радиоисточник, на месте взрыва, расширяется со средними скоростями в 10-12 тысяч км в секунду. Т.е. оболочка отдельно, источник радиоизлучения отдельно! Совсем, как мухи и котлеты…

     Что же это за странная субстанция движется впереди оболочки сверхновой, практически не тормозится межзвездной средой, не наблюдается в оптические телескопы и проявляет себя лишь в радиодиапазоне? Уж не наша ли это взрывная волна, принесшая столько бед Земле 13 и 33 тысячи лет тому назад?

     Прежде, чем ответить на все эти вопросы, попробуем разобраться почему, вообще, наблюдаются оболочки сверхновых? 

     На начальных этапах все понятно — фактически это, раскаленные до температуры в сотни тысяч градусов, огненные шары, которые достаточно быстро остывают. Уже через несколько месяцев их температура должна снизиться настолько, что их невозможно будет увидеть ни в один даже самый мощный телескоп. Тем не менее, они прекрасно наблюдаются и после этого.

     Причина тут достаточно прозаическая, поскольку расширяющаяся оболочка подсвечивается изнутри остатками взорвавшейся звезды. Но яркость такого свечения тоже достаточно быстро падает, а между тем расширяющаяся оболочка продолжает светиться! Причина такого свечения, также достаточно банальна — при расширении она с огромной скоростью налетает на частицы межзвездной среды. При этом выделяется энергия, которая приводит к торможению и свечению оболочки. За несколько тысяч лет ее скорость падает с 15 000 км/с до нескольких сот км/с. Потому-то скорость, замеренная с помощью спектрометров получается столь малой! 

     В среде с очень низкой плотностью межзвездной среды, где расширяющаяся оболочка не встречает значительного сопротивления, размер старых остатков взрывов сверхновых может достигать сотен парсек. Скорость их разлета падает до сотен и десятков км/с. Когда скорость расширения оболочки сравнивается со скоростью хаотичеких движений газовых облаков в Галактике (около 8 км/с), остаток сверхновой становится неразличим в межзвездной среде. Это  происходит спустя сотни тысяч лет после породившего его взрыва звезды.

     А что же тогда астрономы наблюдают в качестве источника радиоизлучения, и почему этот объект, практически не тормозится межзвездной средой? Уж не те ли это шарики, которые посекли бивни мамонтов и которые, в этом случае, наряду с пылью и газом являются побочными продуктами взрывов сверхновых звезд?

     Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим насколько сильно тормозится межзвездной средой каждая из таких составляющих.

     Газообразные продукты взрыва сверхновой составляют по современным оценкам около 99%. Масса оболочки сверхновой примерно равна или даже превышает массу Солнца (2*1033 г). Плотность межзвездной среды оценивается в ρмс=3*10-24 г/см3. Плотность оболочки на расстоянии R от места взрыва равна

     ρо=mоб/(4*π*R2)=2*1033/(4*π*R2)=1,6*1032 /R2 (г/см2)

     Поскольку в 1 парсеке 3*1018 см, то можно преобразовать формулу для более удобного ее использования к следующему виду

     ρо=2*10-5/R2 (г/см2),

где расстояние R берется в парсеках. Эта формула еще пригодится нам в дальнейшем.

     Масса межзвездного вещества «сгребенного» куском оболочки, имеющей площадь S, на расстоянии R равна

     mс=ρ*R*Sмс/3 (г)

     Каждый квадратный см оболочки преодолев расстояние R (в парсеках) «сгребет»

     mс=R*3*10-6 (г)

     Прировняв массу оболочки и массу «сгребенного» вещества мы получим расстояние, на котором газовая оболочка уменьшит свою скорость (12 тысяч км в секунду) вдвое, т.е. до 6 тысяч км в секунду

     R*3*10-6=2*10-5/R2,

откуда

     R=1,8 пс

     Нетрудно подсчитать, что уже на расстоянии в 5 парсек скорость оболочки упадет до 200 км в секунду.

     Скорость газовой составляющей оболочки сверхновой падает достаточно быстро, примерно обратно пропорционально третьей степени расстояния, поэтому газовая составляющая не подходит на роль взрывной волны.

     Пыль составляет примерно 1% от общей массы оболочки. Будем считать, что размеры пылинок, образовавшиеся после взрыва сверхновой примерно такие же, как и размеры пылинок в межзвездной среде — 10-4 см.  Масса пылинки составит примерно 5*10-12 г. 

     Масса межзвездного вещества «сгребенного» такой пылинкой, на расстоянии R равна

     mс=R*Sпмс (г)

     где Sп=10-8 см2 — площадь поперечного сечения пылинки.

     Откуда, для R в парсеках

     mс=R*10-13 (г)

     Т.е. скорость такой пылинки уменьшится вдвое на расстоянии в 50 парсек, а на расстоянии в 500 парсек уменьшение скорости будет почти десятикратным (примерно 1200 км/с). В принципе, пылевые частицы уже могут выступать в роли убийц мамонтов, поскольку они сохраняют скорость порядка 10 тыс. км/с на расстоянии до 10 парсек.

     Но как мы помним размер частиц, застрявших в бивнях мамонтов, превышал 1 мм. Их масса составляет примерно 7 мг. Масса сгребенного межзвездного вещества

     mс=R*10-7 (г). 

     Такая частица затормозится вдвое только на расстоянии примерно в 70 тысяч парсек! А до расстояния в 10 тысяч парсек она практически не тормозится межзвездной средой и сохраняет скорость порядка 10 тысяч км/с!

     Как видим, именно те частицы, которые были выявлены в бивнях мамонтов, способны сохранить скорость в 10 тысяч км/с практически на неограниченном расстоянии. В отличие от газа, частички слабо взаимодействуют с межзвездной средой, соответственно, они практически не тормозятся и не излучают в оптическом диапазоне! Нет никакой гарантии, что в данный момент к Земле не приближается облако таких частиц-убийц, которое мы можем запросто «прозевать», поскольку никому нет до них дела. А в  один прекрасный момент рванет так, что «мама не горюй», и от нашей цивилизации останутся только рожки да ножки, как это уже не раз было в истории Земли…

     Есть только один способ обнаружить такие частицы — это РАДИОИЗЛУЧЕНИЕ, возникающее в результате их взаимодействия с межзвездной средой.

     Поскольку торможение со стороны межзвездной среды по разному воздействует на различные составляющие оболочки сверхновой звезды, то уже на ранних этапах происходит ее расслоение на газовую и пылевую составляющие. И, если первая достаточно быстро теряет свою скорость и энергию, то вторая расширяется со скоростью на порядок выше. Поэтому размеры источника РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ в несколько раз больше размеров ОПТИЧЕСКОЙ туманности, что, собственно говоря, и ставило в тупик И.Шкловского.

     А теперь посмотрим, какие разрушения может принести на Землю фронт подобной взрывной волны. Общую массу таких частиц достаточно трудно оценить. Никто до сих пор этого не делал, но она навряд ли меньше 1% от массы всей оболочки сверхновой. Примем эту величину в качестве нижней границы. Тогда поверхностная плотность частиц составит

     ρо=2*10-7/R2 (г/см2)

     При скорости в 10 тысяч км/с поверхностная плотность энергии составит

     E=108/R2 (дж/м2)

     На расстоянии в 50 парсек, в момент столкновения, выделится энергии 4*104 дж/м2. Поскольку  энергия взрыва 1 кг тротила составляет 4,2*106 джоуля, то это равноценно взрыву над каждым квадратным метром Земли 10 г тротила. Много это или мало? Представьте себе сферу радиусом в один метр. Ее площадь составит чуть больше 12 квадратных метров. И вот внутри сферы взорвали 120 г тротила. Что будет с такой сферой? Ответ думаю предельно ясен!

     Если расстояние до сверхновой меньше, то последствия от столкновения с фронтом взрывной волны будут еще катастрофичнее. А вот при увеличении расстояния свыше 200 парсек такие взрывы будут относительно безопасными для обитателей Земли.

     На предупреждение об опасности близких взрывов сверхновых, обычно, возражают, что мол на Землю каждые полминуты приходит, примерно, столько же энергии, как и от взрыва сверхновой на расстоянии в 50 парсек, и никаких катастроф при этом не происходит. Но подобное сравнение абсолютно не корректно, что хорошо видно из следующего примера. При сжигании в помещении, объемом в сто кубических метров, килограмма угля никаких катастроф не происходит — мы будем чувствовать себя вполне комфортно, а возможно даже не заметим этого. Если же в том же помещении взорвать килограмм тротила, то это уже катастрофа. И это не смотря на то, что при взрыве тротила выделяется в 7 раз меньше энергии, чем при сжигании угля. 

     На основании всего вышеизложенного, можно сделать однозначный вывод о том, что виновником катастрофы, произошедшей 13 тысяч лет тому назад, был взрыв сверхновой в ближайших окрестностях от Солнца (скорее всего расстояние меньше 50 парсек).

     Когда же произошел такой взрыв? 

     Если исходить из скорости частиц — 10-12 тысяч км в секунду и того, что сверхновая взорвалась ближе 50 парсек от Земли, то это произошло не ранее 17 и не позднее 13 тысяч лет тому назад.


<< НАЗАД
ВПЕРЕД >>

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>