Эта звезда-сверхгигант – наш звёздный сосед, и она грозит стать сверхновой. Как это будет выглядеть с нашей точки зрения?

Есть одна знаменитая звезда, которую, я уверен, вы видели на небе. Её зовут Бетельгейзе, и найти её можно в созвездии Ориона, где она отмечает правое плечо Ориона. Если вы хотите называть её «Битлджус», я не против — если только вы не повторите это слово трижды [каламбур, основанный на похожести слов Betelgeuse и Beetlejuice / прим. перев.].

Но с ней что-то происходит. За последние несколько лет этот красный сверхгигант неоднократно тускнел, что может означать, что он готов к превращению в сверхновую совсем скоро — под «скоро» мы подразумеваем ближайшие 10 000 лет. На самом деле, поскольку она находится на расстоянии около 500 световых лет, вполне возможно, что она уже взорвалась, просто мы об этом ещё не знаем. Она может проявиться уже завтра.

Одно можно сказать наверняка: если Бетельгейзе взорвётся, это будет самая яркая сверхновая, которую когда-либо наблюдали люди. Насколько яркая? Сможете ли вы увидеть её днём? Будет ли это опасно? Я покажу вам, как разобраться во всём этом, используя лишь некоторые основы физики.

Что такое сверхновая?

Ядро большинства звёзд состоит из водорода и гелия, двух самых лёгких элементов, но только из положительно заряженных ядер этих атомов, поскольку для электронов там слишком жарко. Под действием огромной силы тяжести и температуры в этих ядрах может идти синтез более тяжёлых элементов, с выделением при этом огромного количества энергии. (Именно благодаря ядерному синтезу наше Солнце и даёт энергию).

В стабильной звезде, такой как наше Солнце, существует баланс между двумя противоположными силами. Масса всего вещества в звезде создаёт гравитационную силу, которая стремится сжать звезду. Однако ей противостоит сила, выталкивающая ядро наружу, поэтому размер звезды остаётся довольно постоянным, хотя она и не является твёрдым объектом, как планета.

Но по мере старения звезда постепенно расходует свой водород и гелий и начинает производить более тяжёлые элементы — углерод, кислород, кремний и, наконец, железо. И на этом всё заканчивается — на синтез элементов тяжелее железа нужно больше энергии, чем он выдаёт, поэтому у звезды, по сути, заканчивается топливо, и она коллапсирует сама в себя.

В некоторых случаях этот коллапс может быть очень сильным — настолько сильным, что быстро повышает давление и температуру в ядре звезды. И тогда звезда взрывается. Происходит большой бада-бум. Ну, большой тихий бада-бум, поскольку взрывы не издают звуков в вакууме космоса.

Но при этом выделяется огромное количество световой энергии. Для сравнения: светимость нашего Солнца, или выходная мощность, составляет 3,8 х 10^26 ватт. Сверхновая, наблюдавшаяся в 2015 году (ASASSN-15h), имела пиковую светимость около 2 x 10^38 ватт. Это больше, чем у 500 миллиардов Солнц. Это безумие. А, вы её не видели? Правильно — это потому, что она находилась в другой галактике. С астрономической точки зрения Бетельгейзе находится у нас на заднем дворе.

Яркость и светимость

Давным-давно греческий философ Гиппарх разделил звёзды на шесть групп в зависимости от того, насколько яркими они выглядят на ночном небе. На основе этого мы разработали схему классификации «видимой величины», согласно которой звезда 1 величины выглядит очень яркой, в то время как звезду 6 величины вы, скорее всего, не сможете разглядеть из-за светового загрязнения. Бетельгейзе относится к первой группе.

Чтобы было понятно, это не фактическая светимость звезды — это то, насколько яркой она кажется с Земли, что зависит от (1) количества света, которое она излучает, и (2) расстояния до неё. О, и ещё (3), величина основана на том, как человеческий глаз видит объекты, а это тоже не линейная штука. Интенсивность света у объекта с магнитудой 1 (в ваттах на квадратный метр) в 100 раз больше, чем у объекта с магнитудой 6.

Могут существовать объекты ещё ярче, чем 1-я величина, и они будут иметь отрицательные значения. Например, планета Венера — самый яркий объект на ночном небе, не считая Луны, средняя яркость которого составляет около -4,1 в зависимости от его положения.

Влияние расстояния

Итак, вот как мы можем действовать дальше: если у нас есть собственная светимость объекта (сколько световой энергии он производит), мы можем рассчитать интенсивность света на данном расстоянии (сколько света поступает в эту точку). А затем мы можем перевести это в шкалу величин, чтобы описать, насколько ярким он кажется человеческому глазу.

Например, у нас есть лампочка, которая излучает 20 ватт света. Это её светимость. Если свет излучается одинаково во всех направлениях, а вы стоите на расстоянии r метров, то можете представить, что весь свет распространяется по площади сферы радиусом r. С увеличением расстояния свет распространяется по большей сфере, поэтому в любой точке его меньше. Поскольку площадь поверхности сферы (A = 4πr^2) пропорциональна квадрату радиуса, мы называем это законом обратного квадрата.

Таким образом, мы можем записать интенсивность (I) в определённом месте как функцию светимости (L) и расстояния (r):

Это значит, что если мы сократим расстояние вдвое, то свет будет в четыре раза интенсивнее. Таким образом, расстояние оказывает огромное влияние на видимую яркость объекта.

Это будет эпично

Хорошо, теперь давайте применим это к сверхновой Бетельгейзе. Мы можем начать со светимости 2 x 10^38 ватт, как у той сверхновой в 2015 году. Для расстояния я использую 500 световых лет. (Удивительно, но у нас нет точного значения расстояния до этой звезды, но эта оценка более-менее верная. Если вам интересно, вот методы, которые мы используем для измерения расстояний в астрономии).

Конечно, чтобы использовать нашу формулу, нам нужно перевести это расстояние из световых лет в метры. Поскольку свет движется со скоростью 300 миллионов метров в секунду, я получаю расстояние 4,73 х 10^18 метров. При этом интенсивность света, получаемого Землёй, составит 0,711 ватта на квадратный метр.

Теперь, чтобы перевести это в звёздную величину, нам нужна звезда для примера. Возьмём Сириус. Это одна из самых ярких звёзд на небе, её собственная светимость в 25,4 раза больше солнечной, и она находится на расстоянии 8,79 световых лет от нас. Это даёт нам звёздную величину (mr ) -1,46. Тогда звёздная величина (m) сверхновой Бетельгейзе будет рассчитана как:

Произведя подсчёты, я получил величину яркости -18,5, что, святые угодники, просто потрясающе. Если наши предположения о светимости и расстоянии не слишком ошибочны, это будет самый яркий объект в ночном небе. Для сравнения, полнолуние имеет величину -12,6, так что эта сверхновая будет хорошо видна даже днём.

Невооружённым глазом сверхновая будет выглядеть как одиночная точка света, потому что хоть эта звезда и расположена ближе многих других, она всё-таки находится достаточно далеко. Вы не увидите диска такого размера, как у нашего Солнца или Луны, но это будет самая яркая точка, которую вы когда-либо видели на ночном небе, и, вероятно, она останется там на несколько недель.

Но опасно ли это? Ну, это всё равно намного меньше, чем яркость Солнца, которое имеет магнитуду -26,8. Так что вы не получите солнечных ожогов, но и смотреть на него в оптический телескоп, скорее всего, не стоит. Думаю, можно сделать селфи со сверхновой на заднем плане. Ваши внуки захотят это увидеть.