Теория тяготения и эволюция звезд - Зельдович Я.Б.
Скачать (прямая ссылка):
ВВЕДЕНИЕ
[ГЛ.9
гравитационное самозамыкание звезды, для внешнего наблюдателя она перестает излучать энергию, прекращается поток информации. Итак, теория предсказывает три типа небесных тел в конечном состоянии: 1) белые карлики, 2) нейтронные звезды, 3) «застывшие» звезды; каждый тип может иметь место лишь в определенном интервале масс. Интервалы эти частично перекрываются.
Конфликт между теорией и наблюдениями заключается в том, что застывшие звезды до сих пор не обнаружены. Не наблюдены именно те тела, для теории которых играет решающую роль ОТО. Вопрос о существовании таких тел имеет большое значение и для космологии; общая кривизна пространства в больших масштабах и замкнутость или бесконечность однородной Метагалактики зависят от плотности всех видов материи, в том числе и от нейтронных и застывших звезд. Первые грубые оценки Хойла, Фаулера, Дж. и Е. Бербиджей (1964) и др. привели к предположению, что общая масса застывших звезд может быть сравнима с массой видимых звезд. Однако эта оценка сильно зависит от сделанных упрощающих предположений.
Каковы возможные пути решения конфликта между теорией и наблюдениями?
С одной стороны, следует учесть трудность наблюдения застывших звезд. Какими свойствами они обладают? Как они должны проявлять себя, находясь в соседстве с другими звездами и межзвездной средой, содержащей пыль, газ, магнитное поле? Может быть, на самом деле в галактиках (и в нашей Галактике) много застывших звезд, но они трудно наблюдаемы? Следует напомнить, что теоретические предсказания свойств нейтронных звезд не сыграли прямой роли в открытии пульсаров, хотя, безусловно, привели к быстрой интерпретации открытого явления.
Следует особо отметить здесь несколько работ [Гинзбург и Озерной (1964); Кардашев (1964); Волчер (1966); Уилер (1966); Пачини (1967, 1968, 1969); и др.], в которых отмечалось, что при сжатии звезды должны усиливаться магнитное поле и вращение.
Более того, было предсказано, что энергия вращения сверхплотной звезды будет проявляться вовне именно благодаря магнитной связи между звездой и окружающей средой. Таким образом, теоретики-астрофизики предугадали важнейшие характеристики пульсаров, кроме (к сожалению!) того свойства, которое оказалось решающим для наблюдений—пульсирующего, периодического характера излучения.
С другой стороны, нужно проанализировать допущения, которые привели к выводу о неизбежности указанного конечного состояния звезды, в частности, возможные способыпотери массы, роль вращения звезды и ее магнитного поля. В ходе эволюции массивной звезды рост плотности сопровождается повышением темпе- ГЛ 9]
ВВЕДЕНИЕ
263
ратуры. В определенный момент звезда подходит к границе устойчивости, за которой наступает катастрофическое сжатие. Однако к этому моменту вещество звезды еще содержит запас ядерной энергии *). Освобождение этой энергии может привести к тому, что сжатие сменится расширением и взрывом звезды. Следует, однако, иметь в виду, что наблюдаемая частота взрывов звезд дает величину, во много раз меньшую ожидаемого числа звезд, заканчивающих эволюцию; другими словами, наблюдательные данные говорят скорее, против предположения, что все звезды путем взрыва избегают превращения в нейтронное или застывшее состояние**). Существование белых карликов сМ< М© подтверждает эту идею: эволюция звезд с M М@ к состоянию белого карлика требует времени, превышающего не только возраст галактики, но и возраст Метагалактики. Такие белые карлики должны быть остатками звезд большой массы, которые эволюционируют более быстро и постепенно теряют часть своей массы. Неизвестно, какую долю массы может потерять звезда при квазистационарном гидродинамическом истечении вещества с поверхности.
Во второй половине 1969 г., кажется, появился новый метод исследования заключительных стадий эволюции звезд — экспериментальное изучение космического гравитационного излучения. Вебер (1969а) объявил о вероятном открытии высокочастотных импульсов гравитационного излучения. Полный поток энергии в этих импульсах огромен — больше или порядка. IO5 эрг/см2 (см. § 15 гл. 1). По-видимому, только застывшие звезды (в процессе образования или столкновения в центре нашей Галактики) могут дать такой поток гравитационного излучения. Столкновения обычных или нейтронных звезд сопровождаются электромагнитным излучением, которое увидели бы наблюдатели. Информация об экспериментах Вебера еще не достаточно полна, чтобы делать окончательные выводы; однако перед нами открывается яркая перспектива нового типа исследований.
Итак, несоответствие между выводами теории и наблюдения-^ ми объективно существует уже давно. Вместе с тем, нельзя отрицать, что открытие квазаров («quasars» в литературе на английском языке) резко обострило ситуацию. Выяснилось, что для теории квазаров существенную роль должны играть, с одной стороны, даже малые поправки на ОТО, с другой стороны, макроскопические движения и магнитное поле, т. е. факторы, не играющие определяющей роли для строения обычных звезд.
*) Этот запас существенно зависит от того, происходило ли перемешивание различных слоев звезды путем конвекции или иным путем
