Еще много лет назад акад. В. И. Вернадский указал на то, что наблюдаемое рассеяние всех элементов в веществе земной коры нельзя объяснить полностью различными химическими, биохимическими и геологическими процессами. Он высказал предположение, что это явление может быть обусловлено ядерными реакциями элементов земной коры с космическими лучами. Изучение этого вопроса представляет, несомненно, большой интерес.

Таким образом, в веществе, которое выбрасывается при гигантских вспышках Новых и Сверхновых (и из которого затем образуются туманности и тела планетных систем), а также в веществе большинства звезд в результате различных ядерных реакций на их поверхности происходит постепенный процесс разрушения ядер химических элементов и превращение их в ядра водорода и других легких элементов. Этот процесс необратим. Синтез элементов в веществе, из которого состоят туманности, планеты, астероиды, кометы и метеориты, не происходит. Следовательно, во Вселенной наблюдается круговорот атомов химических элементов. В недрах звезд происходят ядерные реакции синтеза атомов тяжелых элементов в основном из водорода. Тепло, выделяемое в этих реакциях, обусловливает физическое состояние звезд, представляющих собой большие массы газа, нагретого до высокой температуры. В холодных телах значительно меньших размеров протекает обратный процесс — разрушение ядер химических элементов. Таким образом, количественное изменение в массах космических тел приводит к количественному изменению характера ядерных процессов, в них протекающих.

Мы уже указывали на то, что после вспышек Новых и Сверхновых звезд основная их масса превращается в белые карлики — плотные звезды малых размеров. Они состоят в основном из ядер тяжелых элементов, и поэтому ядерные реакции синтеза элементов в них не протекают. Их атомы, безусловно, так же, как и в холодных телах, подвергаются радиоактивному распаду и другим ядерным реакциям, приводящим к их постепенному разрушению. Но не эти процессы, по-видимому, определяют судьбу ядер химических элементов в белых карликах.

Десять лет назад акад. В· А. Амбарцумян и научный сотрудник Бюраканской обсерватории Г. С. Саакян высказали смелое предположение о том, что звезды могут образоваться при взрыве космических тел, плотность которых выше плотности белых карликов. Но в то время не было никаких теоретических данных о возможности существования таких тел. Первым доказательством теории В. А. Амбарцумяна послужила вспышка «нейтронной» звезды, обнаруженной в 1958 г. американскими астрономами. На снимке, сделанном в Маунт-Паломарской обсерватории, обнаружена Новая звезда, которая вспыхнула в период 1954–1958 гг. Наличие мощного телескопа позволило сфотографировать эту звезду, хотя яркость ее в 30 000 раз меньше, чем яркость звезд, обнаруженных невооруженным глазом. Американские астрономы считают, что на фотографии в данном случае была зарегистрирована звезда, ранее никогда не наблюдаемая. Это так называемая «нейтронная» звезда, масса которой неизмеримо больше массы самых тяжелых звезд белых карликов. Подсчеты показывают, что 1 см³ вещества этой звезды весит около 40 млн. т, что в пять — десять миллионов раз превышает вес вещества, из которого состоят белые карлики. При таких огромных плотностях ядра атомов не только очень тесно сжимаются друг с другом, но, например, протоны, входящие в их состав, могут превращаться в нейтроны, нейтроны же в таких условиях, как это показано теоретически, не должны самопроизвольно переходить в протоны (что наблюдается в земных условиях). Так, на примере «нейтронных» звезд мы можем познать еще один вид существования вещества во Вселенной.

Однако, как выяснилось, такая плотность вещества, которая предполагается в «нейтронных» звездах, не является предельной.

В. А. Амбарцумян и Г. С. Саакян показали, что возможно еще большее сжатие, при котором нуклон как бы «сминает» мезонную оболочку соседнего нуклона (см. рис. 6), вдавливается в нее и может ее полностью разрушить. Этот процесс, вообще говоря, аналогичен процессу взаимодействия очень быстрых частиц с нуклонами ядра. При столкновениях ядерных частиц, разгоняемых в гигантских синхрофазотронах или в потоке космических лучей, протоны и нейтроны также «впрессовываются» друг в друга. При этом, как мы уже указывали, рождаются новые частицы — мезоны, гипероны и другие. Такой же процесс происходит и в космических телах с высокой плотностью вещества. Показано, что при плотностях, равных 1 · 10¹⁵ г/см³, появляются гипероны, а при плотностях, в десять раз больших, их число почти равно числу нейтронов.

Таким образом, при высоких плотностях вещества, в сотни раз превышающих ядерную плотность, космическая материя может состоять из сплошной массы «слипшихся» друг с другом гиперонов; гипероны в этих условиях становятся стабильными частицами и не подвергаются распаду. Это состояние вещества можно представить как ком прижатых друг к другу до отказа «кернов» нуклонов: их оболочки из мезонов полностью* разрушены. Гиперонный ком окружен более разреженным поясом из нейтронов, который, в свою очередь, окутан внешним слоем из обычных протонов и электронов. Плотность вещества в такой системе может в 10 млрд, раз превышать плотность белых карликов. Для наглядности укажем, что наперсток, наполненный веществом гиперонной звезды, весил бы 10 млн. т.

Совсем недавно Д. А. Франк-Каменецкий математически обосновал предположение о том, что в веществе при очень высоких плотностях, наряду с рождением гиперонов и мезонов, особое значение приобретает множественное рождение нуклонных пар — частиц и античастиц. Вещество, состоящее из нуклонных пар, стабилизированных гравитационным полем и высокой температурой, представляет собой новую разновидность плазмы заряженных частиц и может быть названо эпиплазмой (еще одно состояние вещества).

Образование эпиплазмы может иметь весьма существенные астрофизические следствия. Прежде всего ее образованием, · по-видимому, можно объяснить непонятные до сих пор различия в характере и причинах взрыва у Сверхновых типа I и II. Для Сверхновых типа I с массой около 1,5 солнечной массы доля вещества, переходящая в состояние нуклонных пар, мала.

У Сверхновых же типа II, масса которых порядка 10 солнечных масс и даже выше, образование нуклонных пар может происходить еще до достижения ядерной плотности; при этом количество нуклонных пар во. много раз превышает исходное количество вещества из-за их множественного образования. Выбрасываемое при вспышке вещество должно состоять преимущественно из эпиплазмы. Основным процессом при расширении вещества является аннигиляция нуклонных пар, сопровождающаяся жестким излучением, и только очень малая доля энергии переходит в свет. Поэтому мы и не можем обнаружить остатки Сверхновых звезд типа I при помощи телескопа.

Каким же путем могут образоваться космические тела с чрезвычайно высокой плотностью? В. А. Амбарцумяном и Г. С. Саакяном высказано предположение, что они возникают путем дальнейшего сжатия вещества белых карликов. Если это действительно так, то перед нами вырисовывается еще один циклический путь эволюции вещества в космосе: звезда → красный гигант → взрыв Сверхновой → белый карлик → гиперонная звезда → взрыв → Новая звезда и пыль. Таким образом, белые карлики, которые до сих пор считались концом звездной эволюции, становятся одним из звеньев круговорота вещества в космосе. Чтобы убедиться в правильности описанного предположения, важно найти очень плотные звезды во Вселенной. Но благодаря их малым размерам, а следовательно и малой светимости, обнаружить такие звезды даже с помощью современных телескопов пока еще не удалось. Для этого нужны еще более мощные телескопы.

С другой стороны, Д. А. Франк-Каменецкий предполагает, что именно эпиплазма обладает многими из тех свойств, которые Амбарцумян приписывает гипотетическому «дозвездному» веществу. По его мнению, остатки от взрывов Сверхновых должны представлять собой звезды, содержащие эпиплазму. Захват ими межзвездного газа приводит, по-видимому, к постепенной замене антивещества в звезде на вещеcтво (с последующей аннигиляцией освобождающегося антивещества во внешних слоях звезды). Диффузионный характер процесса обмена антивещества на вещество приводит к образованию сравнительно холодной оболочки вокруг плотного эпиплазменного ядра.