Белые карлики: Будущее Вселенной

Москва, 2021

ISBN 978-5-00139-287-3

УДК 524.3
ББК 22.66
 
Л36

Научный редактор Дмитрий Вибе, д-р физ.-мат. наук
Редактор Антон Никольский

Левин А.
Белые карлики. Будущее Вселенной / Алексей Левин. — 
М.: Альпина нон-фикшн, 2021. — 268 с.

ISBN 978-5-00139-287-3

Перед вами первая книга на русском языке, почти 
целиком посвященная остывающим реликтам звезд, известным 
под именем белых карликов. А ведь судьба превратиться 
в таких обитателей космического пространства 
ждет почти все звезды, кроме самых массивных. История 
открытия белых карликов и их изучение насчитывает десятилетия, 
и автор не только подробно описывает их физическую 
природу и во многом парадоксальные свойства, 
но и рассказывает об ученых, посвятивших жизнь этим 
объектам Большого космоса. Кроме информации о сверхновых 
звездах и космологических проблемах, связанных 
с белыми карликами, читатель познакомится с историей 
радиоастрономии, узнает об открытии пульсаров и квазаров, 
о первом детектировании, происхождении и свойствах 
микроволнового реликтового излучения и его роли 
в исследовании Вселенной.

УДК 524.3
ББК 22.66

Л36

Все права защищены. Никакая часть этой книги не может 
быть воспроизведена в какой бы то ни было 
форме и какими бы то ни было средствами, включая 
размещение в сети интернет и в корпоративных сетях, 
а также запись в память ЭВМ для частного 
или пуб личного использования, без письменного разрешения 
владельца авторских прав. По вопросу организации 
доступа к электронной библиотеке издательства 
обращайтесь по адресу mylib@alpina.ru

© А.Е. Левин, 2021
© ООО «Альпина нон-фикшн», 2021

Издание подготовлено в партнерстве 
с Фондом некоммерческих инициатив «Траектория» 
(при финансовой поддержке Н.В. Каторжнова).

Фонд поддержки научных, образовательных и культурных инициатив «
Траектория» (www.traektoriafdn.ru) создан в 2015 году. 
Программы фонда направлены на стимулирование интереса 
к науке и научным исследованиям, реализацию образовательных 
программ, повышение интеллектуального уровня и творческого 
потенциала молодежи, повышение конкуренто способности отечественных 
науки и образования, популяризацию науки и культуры, 
продвижение идей сохранения культурного наследия. Фонд 
организует образовательные и научно-популярные мероприятия 
по всей России, способствует созданию успешных практик взаимодействия 
внутри образовательного и научного сообщества.
В рамках издательского проекта Фонд «Траектория» поддерживает 
издание лучших образцов российской и зарубежной 
научно-популярной литературы.

Оглавление

Предисловие ................................................................................................9

ЧАСТЬ I. ВСЕ О БЕЛЫХ КАРЛИКАХ

1 
Три революции в астрономии ............................................ 17

2 
Наука о космосе на новом витке: пришествие ММА ... 25

3 
Астроликбез первого уровня ................................................32

4 
Горячие светлячки космоса .................................................35

5 
Изобретение великой диаграммы .....................................43

6 
От триады к тысячам ..............................................................54

7 
Вся сила в спектрах ..................................................................57

8 
Пульсации и магнетизм ....................................................... 64

9 
Белые карлики и фундаментальная физика ................ 69

10 
Вырождение в физическом смысле ..................................73

11 
Вмешательство теории относительности ...................... 81

12 
Справедливость и ирония истории ..................................89

13 
Как светят звезды? ...................................................................93

14 
Пришествие квантовой механики ....................................95

Углеродная проблема ..............................................................98

16 Белые карлики и возраст Галактики .............................. 101

17 
Кое-что о полостях Роша.....................................................106

18 
Взрывы и сверхвзрывы ........................................................109

19 
Кристалл величиной с Землю .............................................112

20 Другие вместилища вырожденного газа .......................118

21 
От теории к открытию .........................................................123

22 Один хорошо, а два лучше ...................................................126

23 Кое-что о волновой гравитации ......................................128

24 Совсем тесная пара ................................................................132

25 Послесолнечный карлик ......................................................138

26 Сага о двух Сириусах в настоящем...  ...............................141

27 ...А также в прошлом и в будущем ...................................144

28 Первые звезды .........................................................................147

29 Белые карлики и конец света ............................................155

ЧАСТЬ II. КАК БЕЛЫЕ КАРЛИКИ ПОМОГЛИ КОСМОЛОГИИ

30 Темная энергия: deus ex machina .....................................167

31 
Вселенные-экзоты .................................................................180

ЧАСТЬ III. АСТРОФИЗИКА ПОСЛЕ БЕЛЫХ КАРЛИКОВ, 
ИЛИ РАДИОАСТРОНОМИЯ ШЕСТИДЕСЯТНИКОВ

32 История двух великих открытий .....................................191

33 Как открывали реликтовое излучение ..........................217

Примечания ........................................................................................... 263

Предисловие

Предмет этой монографии обозначен в названии. Автор в моем 

лице намерен подробно (разумеется, в границах научно-

популярного жанра) рассказать о чрезвычайно интересном 

семействе звезд, именуемых «белыми карликами». Этот тер-

мин отнюдь не нов — ему почти сотня лет. О его происхожде-

нии говорить рано, на это еще будут и время, и место. А пока 

попытаюсь ответить на вполне законный вопрос, который, 

возможно, возникнет у читателей и уж точно у потенциаль-

ных издателей: имеет ли смысл рассказывать неспециалистам 

об этих звездах, да еще писать целую книгу? Иначе говоря, за-

служивают ли они такого внимания?

Вот несколько аргументов в пользу утвердительного от-

вета. Начну с того, что белые карлики чрезвычайно многочис-

ленны. Более того, за ними будущее. Согласно данным звездной 

статистики, свыше 90% всех когда-либо загоревшихся звезд 

либо уже превратились в белые карлики, либо станут ими спу-

стя миллионы или миллиарды лет. Это справедливо и для све-

тил, которым еще только суждено воссиять как в нашей Галак-

тике, так и в других звездных системах. Поэтому о них стоит 

рассказывать хотя бы из уважения к принципам демократии. 

К тому же белым карликом в будущем (по счастью, весьма от-

даленном) станет и наше собственное Солнце, чья судьба нам 

отнюдь не безразлична.

Конечно, есть и другие причины. История открытия и ис-

следования белых карликов очень богата и поучительна. Она 

Белые карлики

10

содержит множество любопытных случайностей, маловеро-

ятных совпадений и даже анекдотов. Она помогает понять, 

как делается реальная наука, а не ее приглаженная и спрям-

ленная версия, которую приводят в учебниках, что уже не-

мало.

Проникновение в эту историю также может стать хорошим 

интеллектуальным упражнением. В прошлом для понима-

ния природы и свойств белых карликов ученым нередко при-

ходилось адаптировать для нужд астрономии инструменты 

фундаментальной физики, в том числе совершенно новые 

для своего времени. Эта тенденция сохраняется и поныне — 

тем более что наблюдение белых карликов средствами со-

временной астрономии по-прежнему преподносит интерес-

нейшие сюрпризы. Поэтому я постарался как можно полнее 

погрузить читателя не только в астрономию белых карликов, 

но и в астрофизические и космологические аспекты их иссле-

дования. А таковых много, и они весьма нетривиальны.

И наконец, немаловажная причина — дефицит доступ-

ной на русском языке литературы. Я не видел ни единой оте-

чественной или же переводной научно-популярной книги, 

посвященной белым карликам. Честно говоря, я даже не знаю 

русскоязычных монографий по этой теме, предназначен-

ных для специалистов. И это как-то обидно. Если есть книги 

о звездах вообще, о нейтронных звездах и о черных дырах, 

то не пора ли отдать запоздалую дань уважения белым карли-

кам? Повторяю, они того стоят!

Существующая литература по белым карликам очень об-

ширна. Как и положено, она включает и оригинальные пуб-

ликации, и обзорные статьи, и монографии. Я не стремился, 

да и физически не мог включить в книгу весь огромный ар-

хив знаний, накопленных о белых карликах. Поэтому мой вы-

бор вошедших в нее вопросов оказался — и не мог не быть — 

в какой-то мере произвольным и, безусловно, отражающим 

мои личные научные интересы. Однако я льщу себя надеждой, 

что большинство из них все же нашло в книге достаточно пол-

ное отражение.

Предисловие

11

Сказанное относится и к цитированной литературе. Неко-

торые авторы и редакторы (правда, сейчас их стало меньше) 

уверены, что в научно-популярных книгах таковая вообще не-

уместна. Есть и другая крайность — текст, до предела нашпи-

гованный разнообразными библиографическими указаниями. 

Будучи сторонником золотой середины, я снабдил книгу лишь 

ссылками на основополагающие публикации, посвященные 

не только непосредственно белым карликам, но и другим 

сторонам астрономии, связанным с их открытием и иссле-

дованием. Поступить иначе было бы нечестно по отношению 

к десяткам замечательных ученых, которым мы обязаны сего-

дняшним пониманием ключевых проблем науки о Вселенной.

Книга неформально делится на несколько блоков. В первой 

главе я представил собственную картину становления и раз-

вития астрономии — от публикации великой книги Копер-

ника «Об обращениях небесных сфер» (De revolutionibus orbium 

coelestium) нюрнбергским издателем Иоганном Петреусом 

в 1543 г. Вторая глава содержит краткое описание новейших 

тенденций в развитии науки о космосе, которые символили-

зирует термин «многоканальная астрономия». Третья глава — 

свод минимально необходимых знаний по звездной астро-

номии, без которых читать книгу о белых карликах было бы 

затруднительно. В общем, это историческое и концептуальное 

введение к основной теме.

В четвертой главе подробно описана история открытия 

первых белых карликов, позже названных классическими. 

Пятая посвящена созданию замечательной системы класси-

фикации звезд, которая позволила включить сведения о бе-

лых карликах в общий интеллектуальный багаж астрономии. 

Все эти события имели место в теперь уже незапамятные вре-

мена — до 1918 г. Шестая глава повествует о последующем по-

иске белых карликов вплоть до второго десятилетия XXI в.

Следующие три раздела отданы астрофизике белых кар-

ликов. В седьмой главе говорится об особенностях и клас-

сификации их спектров, в восьмой — о пульсациях и маг-

нитных свойствах. Девятая глава несколько выходит за эти 

Белые карлики

12

рамки — там рассказано, как исследование белых карликов 

связано с поиском ответов на некоторые фундаментальные 

вопросы физики элементарных частиц.

Десятая, одиннадцатая и двенадцатая главы возвращают 

читателя к истории теоретических поисков, которые позво-

лили понять природу белых карликов. Они начались во вто-

рой половине XIX в. и принесли не нуждающиеся в пересмо-

тре (как говорят науковеды, финализированные) результаты 

в 1920–1930-е гг. Отсюда рукой подать до экскурсии в физику 

звезд, которой посвящены следующие три главы — с трина-

дцатой по пятнадцатую.

Затем идут вещи разнообразные. В шестнадцатой главе 

рассказано об определении возраста Вселенной с помощью 

наблюдений белых карликов, в семнадцатой и восемнадца-

той — о механизмах их превращения в сверхновые звезды. 

Потом следуют три главы о кристаллизации белых карликов 

и их довольно близких родственниках — карликах коричне-

вых, или, в другом переводе, бурых. Следующие главы с два-

дцать второй по двадцать четвертую повествуют о белых кар-

ликах в двойных системах, о гравитационной астрономии 

и о недавно открытой чрезвычайно тесной паре этих звезд. 

Из главы под номером двадцать пять читатель узнает о пред-

стоящем превращении Солнца в белый карлик, а из двадцать 

шестой — о том, как такую же эволюцию когда-то претерпел 

спутник Сириуса, а также, как и когда самая яркая звезда зем-

ного небосвода последует его примеру. Ближе к завершению 

моего рассказа о белых карликах появится глава о самых пер-

вых звездах, которые никак не могли стать белыми карликами, 

но, так сказать, подготовили для них почву. А в заключение, 

по логике вещей, поговорим о финальной стадии Вселенной, 

где немалая роль опять-таки отведена белым карликам.

Последние четыре главы не совсем о белых карликах, 

но тесно с ними связаны. Я решил добавить еще несколько 

тем, пришедших в науку о космосе во второй половине про-

шлого века. Тридцатая глава посвящена самому блестящему 

достижению конца столетия — открытию темной энергии 

Предисловие

и его значению для астрономии и космологии. Глава за номе-

ром тридцать один повествует о нескольких экстравагантных 

космологических моделях, изобретенных высокоумными ма-

тематиками. В тридцать второй главе детально рассмотрена 

история открытия в 1960-е гг. квазаров и пульсаров сред-

ствами тогда еще относительно новой науки — радиоастро-

номии. Из последней, тридцать третьей главы читатель узнает 

еще об одном великом достижении радиоастрономии этого 

славного десятилетия — открытии реликтового излучения. 

И не только о самом открытии, но также о физических свой-

ствах этого излучения, механизмах его генерации и информа-

ционном потенциале. В ней будет несколько больше физики, 

чем в других частях книги, но, надеюсь, она не покажется чи-

тателям скучной.

В конце предисловия принято выражать признательность 

коллегам, которые помогли автору советами, информацией 

и критическими замечаниями. Однако эта книга — плод инди-

видуальной работы, так что за ее погрешности отвечаю я один. 

Но хотел бы выразить безмерную благодарность моей любимой 

жене, которая отредактировала книгу куда лучше, чем смог бы 

это сделать я сам.