როგორ კვდებიან ვარსკვლავები

 თერმობირთვული საწვავის ამოწურვასთნ ერთად, ვარსკვლავის სიღრმეები ”ცივდება” და ვეღარ უწევს წინააღმდეგობას გრავიტაციულ შეკუმშვას. ვარსკვლავი კოლაფსირებს, ანუ მისი შემადგენელი მატერია ცენრტისკენ იწყებს ვარდნას. ამ დროს ვარსკვლავი ან ზეახლად ინთება ან განსხვავებული პროცესებით ამთავრებს სიცოცხლეს.
 ზეახალი, ჩვეულებრივ ვარსკვლავზე მილიარდჯერ ელვარეა და მცირე დროში ერთბაშად იმდენ ენერგიას გამოყოფს, რამდენსაც მზე მთელი თავისი არსებობის განმავლობაში ასხივებს (10 მლრდ. წლამდე). გაბნეული მატერიის კინეტიკური ენერგია გამოსხივებისაზე 10-ჯერ მეტია, 10-ჯერ კიდევ უფრო მეტი ენერგია ნეიტრინოებს მიაქვს.

 ბოლო ათასწლეულის განმავლობაში, ჩვენს გალაქტიკაში მხოლოდ 5 ზეახალი აინთო (1006, 1054, 1181, 1572, 1604 წლებში). ყოველ შემთხვევაში ამდენია აღწერილი წერილობით წყაროებში (ზოგის შესახებ ან არ დაუწერიათ ან სქელ გაზ-მტვროვან ღრუბლებს მიღმა აინთო). ამჟამად, ასტრონომები ყოველწლიურად 10-მდე ზეახლის დაფიქსირებას ახერხებენ, ოღონდ სხვა გალაქტიკებში (M51 , M101, NGC 5584 -ში მაგალითად). მიუხედავად ამისა, ასეთი ანთებები მაინც იშვითი მოვლენაა. ხშირად, ვარსკვლავის გარე ფენების მოშორება ძლიერი აფეთქბის გარეშეც ხდება. ანუ, არსებობს ვარსკვლავის კოლაფსის განსხვავებული ვარიანტებიც.

 წყნარი ჩაქრობა – 0,8 მზის მასის ვარსკვლავებისთვისაა დამახასიათებელი. წყნარად, ჯუჯა ვარსკვლავები ქვრება (წითელი და ყავისფერი ჯუჯები, ზოგიერთი ნარინჯისფერიც). ისინი ცივ (შედარებით) წყალბად-ჰელიუმიან, იუპიტერის მსგავს სფეროებად გარდაიქმნება, თუმცა გაცილებით მასიურებია მასზე. ბუნებრივია, რომ ეს პროცესი ძალიან ნელა მიმდინარეობს, რადგან თერმობირთვული საწვავის ამოწურვის მერე, გრავიტაციული შეკუმშვის ხარჯზე ვარსკვლავი კიდევ დიდ ხანს ანათებს. ახლო სამყაროს  რეგიონები იმდენად ახალგაზრდაა, რომ წყნარად ჩამქრალი ვარსკვლავები, ალბათ ჯერ კიდევ არ არსებობენ.

 კოლაფსი თეთრი ჯუჯას წარმოქმნით – 0,8 დან 8 მზის მასის ვარსკვლავებისთვისაა დამახასიათბელი. ”ამომწვარი” ვარსკვლავები გარსს იშორებენ,  რომლისგანაც გაზისა და მტვრისგან შემდგარი პლანეტური ნისლეული ჩნდება. ეს შემდეგნაირად ხდება. სანამ ბირთვში ჰელიუმი ”იწვოდა” (თერმობირთვული წვა), ნახშირბადად გარდაქმნით, მაღალი ტემპერატურა (ნაწილაკთა დიდი სიჩქარეები) გრავიტაციულ შეკუმშვას ეწინააღმდეგებოდა. ჰელიუმის ამოწურვის შემდეგ, დარჩენილი ნახშირბადიანი ბირთვი შეკუმშვას იწყებს და გარე ფენებიდან ბირთვისკენ ითრევს ჰელიუმსა და წყალბადს. ბირთვში მოხვერდილი ჰელიუმის ახალი მარაგი თერმობირთვულ (ეს ფაქტიურად ჩვეულებრივი აფეთქებაა) წვას იწყბს და ვარსკვლავის გარსი უზარმაზარი სიჩქარით ფართოვდება. აღმოჩნდა, რომ შედარებით ”მსუბუქი” ვარსკვლავი გატყორცნილი გარსის შენარჩუნებას ვერ ახერხებს, ის ე.წ. პლანეტურ ნისლეულად გარდაიქმნება. ადრე ითვლებოდა, რომ ასეთი ნისლეულებისგან პლანეტები ფორმირდებოდა. სინამდვილეში ასე არ ხდება, ნისლეული უბრალოდ გარემოში იფანტება, თუმცა სახელი მაინც დარჩა. პლანეტური ნისლეულების გაფართოების სიჩქარე 5 დან 100 კმ/წმ-ს შეადგენს, საშუალოდ 20 კმ/წმ. ვარსკვლავის ბირთვი შეკუმშვას აგრძელებს, ის მოცისფრო-თეთრ, უფრო მეტად გაცივების მერი კი თეთრ ჯუჯად გარდაიქმნება (გაცივდება პირობითი ნათქვამია, ასეთი ვარსკვლავების ტემპერატურა 100 000 გრადუსს აღწევს). ახალგაზრდა თეთრი ჯუჯები მტვროვან ღრუბლებში იმალებიან, რომლებიც ჯერ კიდევ არ გადაქცეულან კარგად შესამჩნევ პლანეტურ ნისლეულებად. ასეთი კოლაფსის დროს, ზეახლის ანთება არ ხდება, ვარსკვლავის აქტიური ცხოვრების დასარულის ეს სცენარი ყველაზე გავრცელებულია სამყაროში. მოცულობით, თეთრი ჯუჯა დედამიწის ზომისაა, ატომები მასში მაქსიმალურად მჭიდროდაა ჩაპრესილი, ნივთიერების სიმკვრივე წყლისას ნახევარ მილიარდჯერ აღემატება, შედარებით სტაბილურ მდგომარეობას ასეთი ვარსკვლავი ერთმანეთთან ახლოს ჩაპრესილი ელექტრონების ურთიერთ განზიდვის ძალით ინარჩუნებს.

 თუ ვარსკვლავი თავიდან ოდნავ მძიმე იყო, მაშინ თერმობირთვული წვა ჰელიუმის სტადიზე კი არა, არამედ ოდნავ მოგვიანებით წყდება (მაგალითად, ნახშირბადის წვის სტადიაზე), თუმცა ეს პრინციპულად არ ცვლის ვარსკვლავის მომავალ ბედს.
 თეთრი ჯუჯები, როგორც ცეცხლისგან დარჩენილი ნაკვერჩხალი, ძალიან ნელი გრავიტაციული შეკუმშვის ხარჯზე განუსაზღვრელად დიდი დროის განმავლობაში ”იფერფლებიან”. განსხვავებულ შემთხვევებში ისინი სწრაფად კოლაფსირებენ და მთლიანად იშლებიან (ნივთიერების აგრეგატული მდგომარეობა).

 თეთრი ჯუჯას კოლაფსი ვარსკვლავის მთლიანად დაშლით (I ტიპის ზეახლის აფეთქება) – იმ შემთხვევაში ხდება, თუ თეთრი ჯუჯა მეზობელი ვარსკვლავიდან გადმოქაჩული გაზის ხარჯზე გარკვულ კრიტიკულ მასამდე მძიმდება, 1,44 მზის მასამდე. ეს არის ჩანდრასეკარის ზღვარი, ის ინდოელმა მათემატიკოსმა სუბრამანიან ჩანდრასეკარმა გამოითვალა. ასეთი მასის მიღწევისას, ელექტრონების ურთიერთგანზიდვა გრავიტაციულ შეკუმშვას უკვე ვეღარ აკავებს. ხდება ნივთიერებების ბირთვისკენ უეცარი ჩავარდნა, ვარსკვლავის მკვეთრი შეკუმშვა ტემპერატურის ზრდით. ცენტრში ნახშირბადი იწყებს წვას, ასევე გარეთ მიმართული აფეთქების ტალღაშიც. ნახშირბადის თერმობირთვული წვა ბოლომდე აფეთქების ტიპის არაა (ეს არ არის დეტონაცია, არამედ დეფლარგაციაა, ანუ ნელა, ბგერის სიჩქარეზე ნელა მიმავალი პროცესია), ვარსკვლავი მთლიანად იშლება, შემადგენელი კი ყველა მიმარულებით 10 000 კმ/წმ. სიჩქარით გაიტყორცნება. ყველა ამ ტიპის აფეთქება დაახლოებით ერთნაირია: ნათობა სამი კვირის განმავლობაში იზრდება, შემდეგ კი 6 თვის ან ცოტა მეტი ხნის განმავლობში იკლებს. ამ თვისებების გამო, I ტიპის ზეახლებით სხვა გალაქტიკებამდე მანძილის დადგენაა შესაძლებელი, რადგან ასეთი აფეთქებები შორიდანაც კარგად ჩანს, მათი ელვარება კი ზუსტადაა დადგენილი. აღსანიშნავია, რომ ასეთი აფეთქებების არასიმეტრიული ბუნება დადგინდა (მაგალითად, ორმაგ სისტემაში მეზობელი ვარსკვლავის გამო), მათი ელვარება 10%-ით განსხვავებულია იმაზე დამოკიდებულით, თუ რომელი მხრიდან ვუყურებთ აფეთქებას. ამიტომ მანძილის დადგენა უმჯობესია არა ნათების მაქსიმუმის, არამედ ერთი-ორი კვირის მერე დაიწყოს, როცა ხილული ზედაპირი თითქმის სფეროს ფორმის ხდება.

 I ტიპის ზეახლებზე უშორეს გალაქტიკებში დაკვირვებით, ასევე შესაძლებელია დადგინდეს სამყაროს გაფართოების სიჩქარე (!!!) მისი ევოლუციის სხვადასხვა ეტაპებზე (ვარსკვლავის ნათობა გალაქტიკამდე მანძილზე და მომხდარი მოვლენის ეპოქაზე მეტყველებს, ფერი კი მისი ჩვენგან მოშორების სიჩქარეზე).  ასეთნაირად დადგინდა სამყაროს გაფართოების შენელება გაჩენიდან პირველი 7,8 მილიარდი წლის და ამ გაფართოების აჩქარება ბოლო 5 მილირადი წლის განმავლობაში.

 კოლაფსი ნეიტრონულ ვარსკვლავად გადაქცევით – 8 მზის მასის მქონე ვარსკვლავებს ახასიათებს. მათი განვითარების ბოლო სტადიაზე, სილიციუმის გარსს შიგნით რკინის ბირთვი იწყებს ფორმირებას. ასეთი ბირთვი დღე-ღამის განმავლობში წარმოიქმნება და 1 წამზე მცირე დროში კოლაფსირებს, მიაღწევს თუარა ჩანდრასეკარის ზღვარს. ბირთვისთვის ეს მასა 1,2-1,5 მზის მასას შეადგენს. ნივთიერება ვარსკვლავს შიგნით ვარდება, ელექტრონების განზიდვა კი ამ პროცესს ვერ აჩერებს. მატერია აჩქარებით ვარდნას აგრძელებს და იქამდე იკუმშება, სანამ ატომური ბირთვის ნუკლონებს (პროტონები, ნეიტრონები) შორის განზიდვა არ იჩენს თავს. შეკუმშვა ზღვარზე მეტადაც კი ხდება, ნივთიერებები ინერციით ზღვარს 50%-ით შორდებიან, ნუკლონების დრეკადობის გამო. ამის მერე, რეზინის ბურთივით შეკუმშული ბირთვი უკუ მიმართულებით ფართოვდება, დარტყმითი ტალღა ვარსკვლავის გარე ფენებისკენ 30 000 დან 50 000 კმ/წმ. სიჩქარით ვრცელდება. გარსი ყველა მიმართულებით გაიტყორცნება, ცენტრში კი კომპაქტური ნეიტრონული ვარსკვლავი რჩება. ამ მოვლენას II ტიპის ზეახლის აფეთქება ეწოდება. ეს აფეთქებები განსხვავდებიან სიძლიერითა და სხვა პარამეტრებით, რადგან ფეთქდებიან განსხვავებული მასისა და ქიმიური შემადგენლობის ვარსკვლავები.

 ხსენებულ სცენარში არის გაურკვევლობების მთელი რიგი. ასტრონომიული დაკვირვებებით დადგინდა, რომ მასიური ვარსკვლავები ნამდვილად ფეთქედებიან, გაფართოებადი ნისლეულებისა და მათ ცენტრებში სწრაფად მბრუნავი ნეიტრონული ვარსკვლავების წარმოქმნით, რომლებიც რეგულარული რადიოიმპულსების გამოსხივებით ავლენენ თავს (პულსარი). თეორიის მიხედვით, გარსისკენ მიმავალმა დარტყმითმა ტალღამ ატომები ნუკლონებად უნდა დაშალოს. ამაზე ენერგიის დაკარგვით კი ეს ტალღა უნდა ჩაქრეს. თუმცა, რატომღაც ეს არ ხდება: ტალღა რამდენიმე წამში ბირთვის ზედაპირს აღწევს, შემდეგ – ვარსკვლავის ზედაპირამდეც და ნივთიერებებს ანიავებს. ავტორები, მასების მიხედვით, განსხვავებულ თეორიებს განიხილავენ, მაგრამ არც ისინია ბოლომდე სარწმუნო. შესაძლებელია, მაქსიმალური ჩაპრესვის მდგომარეობაში, ან დარტყმითი ტალღისა და ცენტრისკენ ვარდნილი ნივთიერების ურთიერთქმედების დროს, თავს იჩენს ჩვენთვის ჯერჯერობით უცნობი ფიზიკური კანონები.

 კოლაფსი შავი ხვრელის წარმოქმნით – კიდევ უფრო მასიურ ვარსკვლავებში ხდება. მასაც II ტიპის ზეახლის აფეთქებას უწოდებენ, მიმდინარეობს იგივე სცენარით, თუმცა ცენტრში არა ნეიტრონული ვარსკვლავი, არამედ შავი ხვრელი ჩნდება. ეს იმ შემთხვევაში ხდება, როცა კოლაფსირებადი ვარსკვლავის მასა იმდენად დიდია, რომ ნუკლონებს შორისი განზიდვაც ვეღარ აჩერებს მის გრავიტაციულ შეკუმშვას. უნდა აღინიშნოს, რომ ამ პროცესის თეორიული ახსნა ძნელი გასაგებია და არც დაკვირვებებით არის კარგად შესწავლილი. მაგალითად, რატომ არ ვარდება ვარსკვლავის მთელი მატერია ხვრელში? ხდება თუ არა რაიმე მაქსიმალური ჩაპრესვის ანოლოგიური? არის თუ არა უკან მომავალი დართყმითი ტალღა? თუ არის რატომ არ მუხრუჭდება იგი?
 დაკვირვებებით დადგინდა, რომ ზეახლის დარტყმითი ტალღა კოლაფსირებული გიგანტის გარსში გამა ან რენტგენის ანთებას იწვევს.

 ყველა II ტიპის ზეახალი ალუმინის აქტიურ იზოტოპს წარმოქმნის, დაახლოებით 0,0001 მზის მასით. ამ იზოტოპის დაშლით გაჩენილი გამოსხივება დიდი ხნის განმავლობაში დაიმზირება აფეთქების დროს და მისი ინტენსიურობის მიხედვით დადგენილია, რომ გალაქტიკაში ამ იზოტოპის რაოდენობა სამი მზის მასაზე მცირეა. ანუ, გალაქტიკებში II ტიპის ზეახლების აფეთქება ასწლეულში სულ ორჯრ ხდება, რაც არ შეესაბამება დამზერილს ან ვერ იქნა შემჩნეული (სიშორის ან მტვრის ღრუბლების გამო). ასეა თუ ისე, ზეახლი აფეთქებას აგვიანებს .