Белые карлики в заголовке — не герои какой-нибудь сказки братьев Гримм или эпопеи Толкиена. Это просто массивные звезды небольшого размера, которые излучают слабый белый свет. В учебниках можно прочесть, что это конечная стадия эволюции всех звезд, исходной массы которых не хватило, чтобы превратиться в нейтронную звезду (а таких — 97%). В их недрах выгорел водород, они разбухли до состояния красного гиганта и до поры до времени превращали свой гелий в углерод и кислород. Но дальше им не хватило массы, их наружные слои взорвались, а оставшееся углеродно-кислородное ядро чудовищно уплотнилось и стало по размерам меньше Земли, тогда как масса осталась порядка массы Солнца.
Вот это и есть белый карлик, и их во Вселенной очень много: недавний «осмотр» ближайших к Солнцу звезд показал, что из каждых ста наших соседей тринадцать являются белыми карликам.
Кстати, около многих белых карликов обнаружены планеты и даже целые планетные семьи; более того, в августе 2011 года калифорнийский астроном Бен Цукерман нашел в спектре двух белых карликов следы «съеденных» ими планет земного химического типа.
Так что говорить об этих звездах, как об «умерших» или находящихся «при смерти», никак нельзя. Напротив, они весьма активно пожирают все, что близко лежит (или движется), и именно с этим связана их упомянутая в заглавии загадка.
Возникла она в последние годы, и ее изучению посвящены за это время десятки и сотни работ. Причина такого внимания в том, что загадка затрагивает проблему сверхновых звезд, которые служат своеобразными «маяками вселенной» на очень больших расстояниях. Пользуясь этими «маяками», ученые в 1998 году обнаружили сенсационный факт ускоренного (а не замедляющегося, как считалось) расширения вселенной. И вот загадка белых карликов может поставить это открытие (и связанное с ним открытие «темной энергии») под сомнение.
В чем же состоит загадка? Сверхновые звезды бывают двух типов, и те, о которых речь, называются сверхновыми типа 1а. О появлении на небе одной такой звезды (в 1034 году) пишут китайские хроники. Другую знаменитую сверхновую наблюдал в 1572 году знаменитый астроном Тихо Браге. В наши дни обнаружение таких звезд поставлено на поток, и уже известно, что их вспышки происходят примерно раз в столетие в каждой галактике (и поскольку галактик в видимой Вселенной около 100 миллиардов, то легко подсчитать, — это сделали в 2011 году астрономы из НАСА, — что ежесекундно во Вселенной происходит около 30 вспышек сверхновых, к счастью, далеко от нас).
Вспышка, или появление сверхновой типа 1а, — это неожиданное появление на небе очень яркой звезды, там, где ее не было. Физически это просто взрыв звезды, достигшей некого предела массы (он равен 1,4 массы Солнца).
Что интересно, вспышка происходит там, где раньше наблюдался белый карлик. Отсюда родилась общепринятая (до недавнего времени) теория явления: белый карлик, если он имеет близким соседом нормальную звезду типа Солнца (а такие бинарные системы распространены во Вселенной), при каждом сближении высасывает из нее какую-то массу вещества, и, когда благодаря такой «аккреции» достигает предела массы, взрывается как сверхновая.
Две особенности следуют из этой теории: во-первых, все такие сверхновые имеют при взрыве одну и ту же массу, температуру и тому подобное, а значит, одинаковую яркость, а если они кажутся слабее, то лишь потому, что дальше от нас, и эту дальность можно вычислить по такому ослаблению; вот почему они могут служить «маяками Вселенной». А во-вторых, на месте взрыва должны быть остатки нормальной звезды в виде водорода или гелия. И действительно, эти следы часто обнаруживаются. Но — внимание — уже известно много случаев, когда таких следов нет.
Более того, последнее (и самое широкое на сегодня) исследование, проведенное в октябре 2011 года, показало, что их нет в большинстве случаев! Во всяком случае, среди 150 обследованных сверхновых (вспыхнувших, судя по расстоянию, 5-10 миллиардов лет назад) таких не было ни одного, зато в более поздних случаях эти следы были.
Загадка. Такое впечатление, отметил руководитель этой работы, — что существуют не один, а два вида сверхновых типа 1а.
У астрономов были такие подозрения и раньше. Существовала конкурентная теория, которая объясняла взрыв белого карлика не высасыванием вещества из нормальной звезды, а столкновением с другим белым карликом. И вот сейчас она «пришлась ко двору», и уже подтверждена другими данными. Так, Джошуа Блюм из Беркли «засек» близкую сверхновую SN20life через 4 часа после ее взрыва и не нашел на его месте следов нормальной звезды.
Однако несколько раньше группа астрономов из обсерватории Института Карнеги обследовала 41 сверхновую и во всех случаях нашла на месте взрыва следы натрия. А натрия в белых карликах нет. Стало быть, на месте взрыва во всех случаях должна была существовать нормальная звезда, а не второй карлик.
Многие астрономы теперь говорят, что путей к появлению сверхновых типа 1а действительно имеется два. Но если к взрыву сверхновой типа 1а ведут два разных пути, то, может, разные сверхновые и взрываются несколько по-разному? — гадают теперь астрономы. А если так, не может ли это различие сказаться на возможности использования их как «маяков»? И не заставит ли оно пересмотреть нынешние представления о темпах расширения Вселенной в древности и сейчас? И не поставит ли оно под сомнение реальность «темной энергии»? И так далее, вплоть до кардинального вопроса — не придется ли вообще пересматривать основные представления современной космологии?
Вот задали загадок эти белые карлики!