Потому что морская звезда – крепкий орешек. Буквально. Сверху каждая звёздочка забронировалась при помощи скелета из пластинок и шипов. Сделаны они, кстати, из извести. Иногда шипы на броне ещё и токсичны.
Ну и потому что она умеет быстро прятаться при любом подозрительном движе. Эту способность вы можете наблюдать на видео.
Астрономы получили уникальные снимки, запечатлевшие момент взрыва двух разных звёзд. Изображения, сделанные несколькими телескопами массива CHARA в Университете штата Джорджия, фиксируют звёздную катастрофу, известную как новая звезда (nova) – явление, при котором плотный остаток звезды, похожей на Солнце, называемый белым карликом, высасывает материал у близко вращающейся звезды-компаньона, что в итоге вызывает термоядерный взрыв, который белый карлик переживает.
Детонация происходит, когда материал (в основном водород) накапливается на поверхности белого карлика и достигает критической массы. Новые звёзды, по сути, представляют собой естественные водородные бомбы, высвобождающие за считанные мгновения энергию, которую наша звезда излучает примерно за 100 000 лет. Несмотря на то что они освещают ночное небо, астрономы могли лишь предполагать, что происходит на ранних стадиях этих мощных взрывов, так как прямые наблюдения оказывались сложными – взорвавшийся материал казался единой точкой света, недоступной для детального изучения.
Элиас Айди, ведущий автор нового исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy и профессор физики и астрономии в Техасском технологическом университете, заявил:
Эти наблюдения позволяют нам наблюдать звёздный взрыв в реальном времени, что очень сложно и долгое время считалось чрезвычайно трудным. Вместо того чтобы видеть просто вспышку света, мы теперь раскрываем истинную сложность того, как разворачиваются эти взрывы.
Снимки получены с использованием техники интерферометрии, при которой несколько источников света объединяются для создания интерференционной картины, которую астрономы могут анализировать. Это стало возможным благодаря сбору данных с помощью телескопных массивов вроде CHARA, состоящего из десятков антенн, распределённых на большой площади, которые при наведении на одну точку неба работают как один массивный телескоп. Данные CHARA были дополнены снимками других телескопов, таких как космический телескоп Fermi, который отслеживает высокоэнергетические излучения, известные как гамма-лучи, и обсерватория Gemini на Гавайях.
Работа показала, что новые звёзды гораздо сложнее, чем мы думали, и не сводятся к одному разрушительному взрыву. Одна из запечатлённых новых, V1674 Herculis, оказалась одной из самых быстрых новых в истории наблюдений, достигнув пиковой яркости и погаснув всего за несколько дней. Она показала два отдельных потока газа, предполагая, что взрыв включал множественные мощные выбросы материала, взаимодействовавшие друг с другом. Эти выбросы испускали гамма-лучи, зафиксированные телескопом Fermi, демонстрируя, что взрывы способны производить одни из самых энергетических излучений в космосе, обычно связанные со сверхновыми, формирующими чёрные дыры.
Другая новая, V1405 Cassiopeiae, развивалась в эффектном замедленном режиме, потратив более пятидесяти дней, прежде чем наконец выбросила весь взорвавшийся материал. В течение этого почти двухмесячного периода белый карлик окутал себя сферой газа, которая в итоге поглотила обе звезды, сформировав чрезвычайно редкую структуру, называемую общей оболочкой. Когда эта оболочка наконец рассеялась, выброс произвёл собственную вспышку гамма-лучей.
То, что оба события произвели обнаруживаемые гамма-лучи, показывает, что новые звёзды – это то, что называют "лабораториями экстремальной физики", которые могут помочь "соединить точки между ядерными реакциями на поверхности звезды, геометрией выброшенного материала и высокоэнергетическим излучением, которое мы обнаруживаем из космоса".
Ранние древнегреческие ученые, такие как Фалес Милетский (624–546 годы до н. э.), первыми начали подозревать, что Солнце — это не бог Гелиос, неустанно мчащийся на золотой колеснице вокруг Земли, а просто огромный огненный шар, "висящий" в пространстве.
В 450 году до н. э. древнегреческий философ Анаксагор (500–428 годы до н. э.) стал первым известным нам человеком в истории, который в своих работах предположил, что звезды — это другие солнца, подобные нашему, но находящиеся так далеко от Земли, что кажутся лишь крошечными точками на ночном небе.
Потребовалось почти два тысячелетия, прежде чем Научная революция (1550–1700 годы) и эпоха Просвещения (1685–1815 годы) дали толчок развитию науки и созданию телескопов, что позволило установить точную природу Солнца, звезд и вычислить расстояния до них.
В середине XIX века достижения в спектроскопии и фотографии, а вместе с ними возможность измерять температуру поверхности и химический состав Солнца и других светил, предоставили окончательное доказательство: Солнце — это просто звезда.
Поклонение Солнцу в древности
На протяжении тысячелетий люди смотрели на Солнце и видели в нем всемогущественное божество, дарующее свет и тепло, прогоняющее тьму и дающее пищу всем живым существам.
В Древнем Египте Ра — бог Солнца с головой сокола — почитался как царь богов и создатель мира. А кровожадные ацтеки, населявшие Мезоамерику, рассматривали Солнце как божество Уицилопочтли, представляющее собой большое синее человекоподобное существо в доспехах и шлеме, украшенном перьями колибри. Ацтеки регулярно устраивали человеческие жертвоприношения, чтобы Уицилопочтли не разгневался и не наслал на непокорных засуху.
В индуизме, старейшей из существующих религий мира, которую до сих пор исповедуют более 80% индийцев, Солнце ассоциируется с богом Сурьей, разгоняющим тьму.
Научный подход Анаксагора
В V веке до н. э. греческий философ Анаксагор, выходец из Малой Азии, прибыл в Афины и стал одним из первых, кто стремился объяснить природные явления без необходимости привлекать богов с их замыслами. Поиск естественных причин позволил Анаксагору заложить фундамент современной науки.
Анаксагор описывал все существующее как смесь бесконечно малых, неразрушимых "семян" — возможно, имея в виду то, что позже назовут атомами и молекулами. Он совершенно правильно объяснил, как происходят затмения, установил, что Луна не светится сама по себе, а лишь отражает свет Солнца. Анаксагор пытался понять природу метеоров, радуги, Солнца и даже рассуждал о существовании внеземной жизни.
Он считал, что Солнце — это камень, отколовшийся от Земли и воспламенившийся из-за быстрого вращения, и что вообще все небесные тела сделаны из камня. Вероятно, его идея была вдохновлена падением метеорита размером с повозку у пролива Дарданеллы в 467 году до н. э. Изучив находку, Анаксагор пришел к выводу, что метеориты — это фрагменты Солнца, отколовшиеся от него и упавшие на Землю. Позже он заключил, что все звезды — горящие камни.
Своими рассуждениями, которые озвучивались публично, Анаксагор нарушил афинские законы о богохульстве. За это его приговорили к смертной казни, но по каким-то причинам казнь заменили изгнанием (вероятно, вмешались "интеллектуальные элиты"). Осев в городе Лампсак, Анаксагор нашел более благодарную аудиторию. Там он преподавал и исследовал мир до самой смерти в 428 году до н. э.
Изучая историю Анаксагора, я думал: из этого можно было бы снять эпичный фильм. Философ, который объяснил природу затмений и особенности Луны без телескопа, приблизился к пониманию микромира без микроскопа и едва не был казнен за идеи, опережающие эпоху. Гений против толпы, разум против слепой веры.
Эпоха Возрождения и Научная революция
Примерно 1 800 лет спустя польский астроном и математик Николай Коперник (1473–1543 годы) сделал огромный вклад в Научную революцию, опубликовав свой фундаментальный труд "О вращении небесных сфер". В своей работе Коперник показал, что Земля — всего лишь планета, вращающаяся вокруг Солнца.
Примечательно, что труд был опубликован в 1543 году, буквально перед смертью Коперника. Он намеренно тянул до последнего, чтобы избежать преследований со стороны католической церкви.
В 1584 году итальянский философ и доминиканский монах Джордано Бруно (1548–1600 годы) пошел дальше. Он опубликовал две работы, в которых не только отстаивал теорию Коперника, но и утверждал: если планеты вращаются вокруг Солнца, а Земля — просто еще одна планета, то и Солнце не должно считаться чем-то особенным. Кроме того, Бруно провел различие между "солнцами", генерирующими собственный свет и тепло, и "землями" с "лунами", которые вокруг них вращаются. Современный астрофизик Стивен Сотер считает, что Бруно был первым человеком в истории, который в полной мере осознал концепцию, что звезды — это другие солнца, вокруг которых вращаются другие планеты и спутники.
Инквизиция обвинила Бруно в ереси за отрицание христианских догматов и пантеистическую философию — он поставил знак равенства между Богом и Вселенной. Космологические идеи стали последним гвоздем в крышку гроба. В 1600 году философа сожгли на костре.
Спектроскопия — окончательное доказательство
В 1666 году Исаак Ньютон (1643–1727 годы), экспериментируя с призмами, установил, что они разделяют белый свет на спектр составляющих его частей.
В 1814 году немецкий физик Йозеф фон Фраунгофер (1787–1826 годы) изобрел спектроскоп и составил карту 574 темных линий в спектре Солнца.
К 1857 году немецкие физики Густав Кирхгоф (1824–1887 годы) и Роберт Бунзен (1811–1899 годы) установили связь между химическими элементами и их индивидуальными спектральными узорами. Каждый элемент поглощает свет определенного цвета, оставляя специфическую "подпись".
Итальянский священник-иезуит и астроном Анджело Секки (1818–1878 годы) — пионер изучения звездной спектроскопии. Он самостоятельно проанализировал около 4 000 звездных спектрограмм, установив, что звезды можно разделить на несколько типов по их уникальным спектральным узорам.
Секки разработал первую в мире систему классификации звезд и стал одним из первых ученых, однозначно заявивших, что Солнце — это звезда. И далеко не уникальная звезда.
Что мы теперь знаем о Солнце
Сегодня мы знаем, что Солнце — это желтый карлик, состоящий примерно из 73% водорода, 25% гелия и 2% более тяжелых элементов, таких как кислород, углерод, неон и железо. Его спектральный класс — G2V, где G2 — температура поверхности (около 5 505 градусов Цельсия), а V указывает на главную последовательность: Солнце активно превращает водород в гелий, находясь в самом расцвете сил. В таком состоянии наше светило пробудет еще несколько миллиардов лет.
Солнце — центр Солнечной системы, и все вращается вокруг него: планеты, астероиды, кометы и "ледяной мусор" пояса Койпера и облака Оорта. Невероятно, но всего четыре столетия назад за эти слова люди рисковали услышать треск дров под ногами...
В ближайшие месяцы до сентября 2024 года ожидается весьма редкое астрономическое явление - вспышка новой звезды в системе T Coronae Borealis (T CrB), расположенной на расстоянии 3000 световых лет от Земли. Согласно прогнозам, система переживет вспышку новой, в результате чего ее яркость станет доступной для наблюдения невооруженным глазом. Столь нечастое событие, последний раз зафиксированное в 1946 году, временно повысит видимую яркость системы до уровня Полярной звезды, предоставив уникальную возможность для наблюдений.
Данное редкое небесное явление обещает осветить наши небеса в ближайшее время вспышкой новой звезды в системе T Coronae Borealis, что станет поистине беспрецедентным событием.
Обычно невидимая невооруженным глазом тусклая система звездной величины +10, как ожидается, вспыхнет до яркости величины +2, сравнимой с Полярной звездой Полярис. Столь драматическое увеличение яркости позволит наблюдать систему T Coronae Borealis на ночном небе примерно в течение недели, после чего она потускнеет, и ее следующее появление в подобном великолепии может не произойти еще 80 лет.
Возможность наблюдать вспышку новой в T Coronae Borealis представляет собой уникальную возможность для изучения, способную привлечь внимание не только специалистов в области астрофизики, но и всех любителей наблюдения ночного неба. Благодаря высокой яркости, даже жители городских районов, обычно страдающих от светового загрязнения, смогут увидеть это небесное явление.
Грядущая вспышка новой в системе T Coronae Borealis объясняется тем, что она является двойной системой, состоящей из белого карлика и красного гиганта. Уникальное взаимодействие между этими небесными телами приводит к накоплению вещества на поверхности белого карлика, в конечном итоге инициируя термоядерную реакцию, наблюдаемую с Земли как вспышка новой звезды.
Данное событие предоставляет редкую возможность наблюдения ночного неба и дает бесценные сведения о жизненных циклах звезд и управляющих ими процессах.
Джонатан Блейзек, доцент физики Северо-Восточного университета, подчеркивает важность подобных явлений как для любителей астрономии, так и для астрофизического сообщества. Он поясняет, что вспышка новой в системе T Coronae Borealis является наглядным примером переноса массы в двойных звездных системах, приводящего к взрывным результатам, процесса, имеющего центральное значение для понимания таких космических событий, как сверхновые.
Сверхновые, особенно типа 1а, играют ключевую роль в исследовании Вселенной, предоставляя стандартизированную меру яркости, помогающую в ее изучении.
"Эта повторяющаяся новая является одной из пяти в нашей галактике", - отмечает Лорен Перкинс из Центра космических полетов NASA Маршалл.
"Это происходит потому, что T Coronae Borealis представляет собой двойную систему, состоящую из белого карлика и красного гиганта. Звезды находятся достаточно близко друг к другу, чтобы по мере нестабильности красного гиганта, вызванной повышением температуры и давления, приводящей к выбросу его внешних слоев, белый карлик собирал это вещество на своей поверхности. В конечном итоге мелкая плотная атмосфера белого карлика нагревается настолько, что вызывает неконтролируемую термоядерную реакцию, которая и порождает наблюдаемую с Земли вспышку новой звезды".
На протяжении тысячелетий звезды казались людям лишь яркими точками на черном полотне ночного неба. Даже после изобретения телескопа астрономы не могли рассмотреть детали их поверхности: из-за колоссальных расстояний все звезды — не считая Солнца — продолжали выглядеть как крошечные источники света без хоть сколько-нибудь различимой структуры.
Лишь в последние десятилетия развитие технологий позволило получить изображения дисков некоторых звезд, и Антарес стал одним из первых объектов, чья поверхность была детально изучена.
Антарес — ярчайшая звезда в созвездии Скорпиона и один из самых известных красных сверхгигантов на небе. Его название происходит от древнегреческого "Анти-Арес", то есть "соперник Марса". Такое имя звезда получила из-за красновато-оранжевого цвета, напоминающего окраску планеты. От Земли Антарес отделяют примерно 550 световых лет.
Антарес — умирающая звезда, которая уже давно исчерпала запасы водорода в своем ядре и раздулась до гигантских размеров. По оценкам астрономов, в течение нескольких или тысяч лет это далекое светило завершит свой эволюционный путь грандиозной вспышкой сверхновой — взорвется.
Антарес примерно в 700 раз больше нашего Солнца. Если бы эта звезда оказалась в центре Солнечной системы, ее внешние оболочки простирались бы далеко за орбиту Марса, достигая пояса астероидов. Все планеты земной группы, включая Меркурий, Венеру, Землю и Марс, были бы поглощены этим сверхгигантом.
Несмотря на столь колоссальные размеры, масса Антареса всего в 12 раз больше массы Солнца. Это говорит о том, что вещество звезды крайне разрежено. Однако планеты, оказавшиеся внутри ее оболочки, все равно не уцелели бы: высокая температура и потоки раскаленной плазмы быстро разрушили бы их.
Красный цвет Антареса обусловлен относительно низкой температурой его поверхности — около 3 400 градусов Цельсия. Для сравнения, поверхность Солнца разогрета примерно до 5 500 градусов. При такой температуре звезда излучает преимущественно в красной и инфракрасной частях спектра, что и придает ей характерный оттенок. Низкая температура указывает на то, что звезда пребывает на очень поздней стадии эволюции. Связано это с тем, что, когда массивная звезда исчерпывает запасы водорода в ядре, она начинает сжигать гелий, углерод и другие более тяжелые элементы, появившиеся в ходе нуклеосинтеза. Это приводит к расширению звезды и охлаждению ее поверхности.
Именно колоссальный размер Антареса позволил астрономам впервые получить детальное изображение его диска. Для этого ученые использовали комплекс Очень Большого Телескопа (VLT) Европейской южной обсерватории в Чили. Когда его телескопы работают совместно в режиме интерферометра (VLTI), они фактически превращаются в один огромный супертелескоп с разрешением, достаточным для того, чтобы различить структуру звездного диска.
На полученном изображении видны неоднородности на поверхности Антареса — яркие и темные области, вызванные конвекцией и движением газа в звездной атмосфере. Это гигантские ячейки горячего и холодного вещества, поднимающиеся из глубин и опускающиеся обратно, подобно кипящей воде, только в несопоставимо больших масштабах.
Наблюдения за Антаресом не только демонстрируют возможности современной астрономии, но и дают ключ к пониманию последних этапов жизни массивных звезд. Красные сверхгиганты — это звезды, стоящие на пороге катастрофы. В объектах такого рода идут термоядерные реакции синтеза все более тяжелых элементов, предел которых определяется накоплением в ядре железа. Железо не может участвовать в термоядерном синтезе с выделением энергии, поэтому система теряет стабильность — хрупкий баланс между внутренним давлением и гравитационным сжатием нарушается. За доли секунды ядро коллапсирует, а затем звезда взрывается, разбрасывая свое вещество по окружающему пространству.
Когда звезда Антарес взорвется, ее вспышку можно будет наблюдать даже днем невооруженным глазом в течение нескольких недель или месяцев. Взрыв обогатит окружающее пространство тяжелыми элементами, из которых со временем сформируются звезды следующего поколения и планеты.
Всего 20 лет назад идея, что где-то во Вселенной существуют алмазы диаметром в тысячи километров, воспринималась научным сообществом как фантастика. Но сегодня это доказанный факт: некоторые белые карлики действительно способны превращать свои "внутренности" в гигантские кристаллы углерода — самые большие "бриллианты" во Вселенной.
Белый карлик — это то, во что в конце жизненного цикла превращается звезда небольшой или средней массы, когда запасы ее "топлива" для продолжения термоядерных реакций заканчиваются. Светило сбрасывает оболочки, и на его месте остается сверхплотное ядро размером с Землю, но с массой до 1,44 солнечных.
Этот звездный "огарок" постепенно остывает, и через миллиарды лет начинается самое интересное.
Под чудовищным давлением в миллиарды атмосфер углерод в ядре начинает кристаллизоваться. Атомы выстраиваются в идеальную кубическую решетку, почти идентичную алмазной. В итоге внутри белого карлика вырастает единый кристалл колоссальной массы.
Первый объект такого рода был найден в 2004 году.
Белый карлик BPM 37093 в созвездии Центавра, удаленный примерно на 50 световых лет от Земли, получил неофициальное прозвище "Люси" — в честь песни The Beatles "Lucy in the Sky with Diamonds". С помощью астросейсмологии (анализ пульсаций звезд для изучения их внутренней структуры), команда ученых из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики выяснила, что около 90% массы Люси уже закристаллизовалось. Диаметр алмазного ядра — около 9 000 километров, а его масса — примерно 10³¹ кг (в 1,1 раза больше массы Солнца).
Примечательно, что в процессе перестройки углерода высвобождается скрытая теплота фазового перехода. Это отсрочивает охлаждение белого карлика на 2-4 миллиарда лет. Выходит, что кристаллизация — это еще и природный "обогреватель", который продлевает жизнь угасающей звезды.
С тех пор было обнаружено нескольких десятков кандидатов с кристаллизованными ядрами. Данные, полученные с помощью космического телескопа ESA Gaia и наземной обсерватории Gemini показывают, что примерно каждый десятый белый карлик в определенном диапазоне масс и возраста проходит стадию "алмазного сердца".
Прямо сейчас во Вселенной вращается бесчисленное множество гигантских "алмазов", которые будут сиять еще миллиарды лет после того, как погибнет Солнечная система.
На расстоянии около 190 световых лет от Земли находится звезда HD 140283, получившая неофициальное библейское прозвище — Мафусаил. Это имя было выбрано не случайно: по ранним оценкам астрономов, возраст HD 140283 составлял около 14,5 миллиарда лет. Вот только проблема в том, что возраст самой Вселенной оценивается примерно в 13,8 миллиарда лет.
Астрономам эта звезда известна уже давно: она была включена в каталог Генри Дрейпера еще в первой половине XX века. Но по-настоящему знаменитой HD 140283 стала лишь тогда, когда ученые попытались определить ее возраст.
Итак, как же звезда может быть старше мира, в котором существует?
Сразу предупреждаю: это не мистическая история и не фантазия об объекте из других измерений, как любят выдумывать журналисты. Это пример того, как наука ошибается, уточняет данные и постепенно приходит к правильному ответу.
Звезда-ископаемое
Мафусаил относится к числу очень древних малометалличных звезд. В астрономии "металлами" называют все элементы тяжелее водорода и гелия. Так, железа в HD 140283 примерно в 250 раз меньше, чем в Солнце, а кислорода — примерно в 50 раз.
Это типично для очень старых звезд, сформировавшихся в раннюю эпоху истории Вселенной, когда тяжелых элементов было еще крайне мало. Мафусаил появился спустя сравнительно небольшое время после Большого взрыва, когда космическое пространство было заполнено преимущественно водородом и гелием.
Мафусаил — сравнительно небольшая звезда: ее масса составляет около 0,8 массы Солнца, а радиус — примерно в 2,2 раза больше солнечного. Сейчас она находится на стадии субгиганта — переходного этапа между обычной звездой и красным гигантом. По космическим меркам эта фаза продолжается недолго, поэтому подобные объекты особенно ценны для астрономов: они помогают лучше понять эволюционный путь солнцеподобных звезд и предсказать будущее Солнечной системы.
Еще одна любопытная деталь: Мафусаил движется через окрестности Солнца с очень высокой скоростью — около 300 км/с. Такие скорости характерны для древних звезд гало Млечного Пути. По сути, это гость из самых старых областей нашей Галактики, случайно оказавшийся рядом с Солнечной системой.
Мафусаил — настоящее звездное ископаемое, свидетель ранней Вселенной.
Парадокс, который раздули до сенсации
Когда ранние измерения показали, что возраст звезды составляет примерно 14,5 миллиарда лет, тут же посыпались громкие заголовки об "аномалии", "крахе физики", "параллельных мирах", "отмене Большого взрыва" и прочих бессмыслицах.
Но ученые смотрели на ситуацию спокойнее. Они понимали, что проблема, скорее всего, не в устройстве Вселенной, а в точности измерений и несовершенстве существующих звездных моделей.
Уточнение данных
В 2013 году было опубликовано исследование, основанное на наблюдениях космического телескопа NASA/ESA "Хаббл". С его помощью астрономы очень точно измерили параллакс HD 140283, а значит — и расстояние до звезды. Зная расстояние и видимую яркость, ученые смогли вычислить ее истинную светимость, а затем уточнить возраст.
Результат оказался впечатляющим: 14,46 ± 0,8 миллиарда лет. Именно погрешность здесь играет ключевую роль. Она означала, что реальный возраст Мафусаила мог составлять как 15,26, так и 13,66 миллиарда лет. Иными словами, даже после первичного уточнения данных звезда вовсе не обязательно оказывалась старше Вселенной — все упиралось в пределы точности измерений и моделей.
После этого ученые занялись уточнением наблюдательных данных и улучшением теоретических расчетов. Они понимали, что для точного определения возраста важно не только знать светимость, но и точнее определить химический состав звезды, а также доработать модели звездной эволюции. Достаточно изменить некоторые параметры — и итоговая оценка заметно сдвинется.
Спустя восемь лет появилась новая модель эволюции HD 140283, созданная с использованием более совершенных методов астрофизического моделирования и данных о миллионах других звезд. Она учитывала целый набор физических процессов внутри звезды — термоядерные реакции, перенос энергии и изменения химического состава. Согласно этой работе, возраст Мафусаила составляет 12,01 ± 0,05 миллиарда лет, то есть звезда уже уверенно укладывается в современную оценку возраста Вселенной.
Сегодня Мафусаил по-прежнему считается одной из древнейших известных звезд, но уже не выглядит невозможным объектом, который ломает всю современную физику. Теперь мы знаем и другие крайне древние звезды — например, HE 1523-0901, 2MASS J18082002-5104378 B и SMSS J031300.36-670839.3, возраст которых оценивается примерно в 13,2, 13,5 и 13,6 миллиарда лет соответственно. Но именно история Мафусаила стала важной вехой в оттачивании методов оценки звездных возрастов и наглядно показала, как наука превращает мнимую аномалию в решаемую задачу.
Заканчивая эту историю, хочу сказать самое важное: кажущиеся противоречия в науке далеко не всегда означают крах теории. Чаще всего они говорят о том, что нужны новые данные, более точные измерения и доработанные модели. Прямо сейчас астрономия переживает похожий момент: космический телескоп NASA "Джеймс Уэбб" обнаружил в ранней Вселенной немало галактик, которые выглядят слишком массивными, яркими и зрелыми для своего возраста. Но это не означает, что Большого взрыва не было или что возраст Вселенной рассчитан неверно. Это показывает, что наше понимание формирования и роста первых галактик все еще далеко от совершенства.
Мы привыкли восторгаться гигантизмом в том или ином проявлении, поэтому нас так впечатляют звезды, которые в десятки, сотни и тысячи раз больше нашего Солнца. Однако для науки не меньший интерес представляют их полные противоположности — самые маленькие светила в наблюдаемой Вселенной.
Но насколько крошечными могут быть космические объекты такого класса? Оказывается, есть строгий физический предел, и он удивительно близок к размеру газовых гигантов.
Что делает звезду звездой
Ключевое отличие звезды от газового гиганта вроде Сатурна и Юпитера — самоподдерживаемая термоядерная реакция в ядре. Гравитация звезды равномерно давит со всех сторон к центру, разогревая ядро до температур, при которых атомы водорода начинают сливаться в гелий, высвобождая колоссальное количество энергии.
Но для запуска термоядерного синтеза необходимы чудовищное давление и температура — минимум 10 миллионов градусов в центре. А это требует массы. Очень много массы. Если ее будет недостаточно, то гравитация просто не сможет сжать вещество настолько сильно, чтобы инициировать запуск термоядерного синтеза, и объект в итоге останется холодным и темным.
Критическая граница
Астрофизики точно рассчитали минимум: чтобы термоядерная реакция с участием водорода началась, объект должен иметь массу не менее 7,5% от массы Солнца. Это более 75 масс Юпитера.
Объекты с массой ниже этой границы — от ~1,2% до 7,5% массы Солнца — называются коричневыми карликами. Эти "неудавшиеся звезды", одиноко блуждающие в пустотах межзвездного пространства, светятся за счет тепла, оставшегося после сжатия в процессе формирования и слабого дейтериевого — тяжеловодородного — синтеза, который требует меньшей массы, но при этом очень быстро выгорает. Коричневые карлики остывают и тускнеют за сотни миллионов лет.
А вот объекты выше этой границы — полноценные звезды. Пусть крошечные и едва уловимые в наши телескопы, но звезды, способные сжигать водород в своих недрах миллиарды лет.
Самые маленькие звезды во Вселенной
Красные карлики — это звезды на нижней границе массы. На них приходится около 75% всех звезд в Млечном Пути, и можно смело предположить, что во Вселенной в целом. Красные карлики настолько тусклые, что ни один из них невозможно увидеть невооруженным глазом.
И по состоянию на июль 2026 года объект EBLM J0555-57Ab удерживает лидирующую позицию в номинации "самая маленькая звезда". Это светило, удаленное примерно на 600 световых лет от нас, имеет массу всего 8,1% от солнечной. EBLM J0555-57Ab — красный карлик (этакий звездный лилипут) со средним диаметром в 118 000 километров. Для сравнения: экваториальный диаметр Юпитера составляет около 142 984 километров, а Солнца — примерно 1 392 000 километров.
Вот парадокс: Юпитер, гордость Солнечной системы, больше EBLM J0555-57Ab, но звездой почему-то не является. Как же так? Все дело в плотности. Звезды, даже крошечные, намного плотнее газовых гигантов. Гравитация сжимает их вещество гораздо сильнее. Юпитер — рыхлый газовый шар. Красный карлик — сжатый гравитацией термоядерный реактор.
Распространенный миф гласит, что Юпитеру совсем чуть-чуть не хватило массы, чтобы стать маленькой звездой. На деле же ему нужно стать примерно в 75-76 раз массивнее, чтобы в его недрах начался термоядерный синтез. С таким же успехом можно любой объект Солнечной системы назвать неудавшейся звездой, включая нас с вами.
Новая звезда — это не рождение светила, а мощная вспышка старого. За несколько часов блеск увеличивается в тысячи или даже миллионы раз. Что происходит на самом деле?
Венера, несмотря на близкое соседство с Землей, поражает своей непохожестью на нашу планету. До начала космической эры ее называли "сестрой-близнецом" Земли, но реальность оказалась куда удивительнее: условия на Венере настолько экстремальны, что многие протекающие там процессы не имеют аналогов в Солнечной системе.
Одним из самых удивительных открытий стало обнаружение металлического "снега" на вершинах венерианских гор. История этого открытия началась 10 августа 1990 года, когда космический аппарат NASA "Магеллан" приступил к радарному картографированию планеты.
Радары "Магеллана" обнаружили на горных вершинах Венеры странное покрытие с чрезвычайно высокой отражательной способностью в радиодиапазоне. Последующие исследования и лабораторные эксперименты показали, что ученые имеют дело с металлическим "снегом", состоящим из сульфидов висмута и свинца.
Как образуется металлический "снег"
На поверхности Венеры температура достигает 462°C — достаточно для плавления, но не для испарения висмута и свинца. Тогда откуда берутся эти металлы в атмосфере? Ученые считают, что источником металлов служит интенсивная вулканическая деятельность.
При извержениях в атмосферу выбрасываются соединения висмута и свинца в газообразном состоянии. Поднимаясь, эти газы охлаждаются, и на высоте около 2,6 километра особые термодинамические условия (определенное сочетание температуры и давления) приводят к их конденсации. Образовавшиеся металлические частицы затем оседают на горных вершинах, формируя необычный "снежный" покров.
Загадки венерианских вулканов
Хотя прямых признаков современной вулканической активности на Венере пока не обнаружено, присутствие металлического "снега" позволило выдвинуть две гипотезы:
Масштабный вулканизм в прошлом
Вулканическая активность на ранней Венере была настолько мощной, что перенасытила атмосферу металлами. Именно это могло кардинально изменить климат планеты, превратив ее из землеподобной в современный "адский мир".
Вулканизм продолжается, но в меньших масштабах. На это косвенно указывают колебания уровня диоксида серы в атмосфере, зафиксированные космическим аппаратом Европейского космического агентства (ESA) "Венера-экспресс" в 2006-2012 годах. Современные извержения могут быть редкими, но достаточно мощными для поддержания концентрации металлов в атмосфере.
Будущие исследования
Новые миссии к Венере — NASA DAVINCI+ и VERITAS, а также ESA EnVision, запланированные на начало 2030-х годов, помогут лучше понять природу этого уникального явления. Особый интерес представляет изучение состава и распределения металлического "снега", что может пролить свет на геологическую и климатическую историю планеты.
DAVINCI+ (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble gases, Chemistry, and Imaging Plus) — особенно важная миссия, так как это будет первый за долгое время спускаемый аппарат, который проведет прямые измерения состава венерианской атмосферы во время спуска.
Привычная картина гибели массивной звезды выглядит так – исчерпав ядерное топливо, светило схлопывается под собственной тяжестью, пока вся масса не сжимается в точку бесконечной плотности, а на его месте остаётся чёрная дыра, из которой не вырывается даже свет.
Теперь же пара физиков предлагает для этого финала неожиданную альтернативу.
Даниэль Ямпольски (Daniel Jampolski) и профессор Лучано Реццолла (Luciano Rezzolla) из Университета Гёте во Франкфурте описали сценарий, в котором коллапс рождает не чёрную дыру, а крошечную расширяющуюся вселенную внутри самой сжимающейся материи.
По расчётам, в центре падающего вещества из нулевого размера зарождается крошечный расширяющийся пузырь пространства-времени, так называемая область де Ситтера, наполненная подобием тёмной энергии. Её давление наружу нарастает и в какой-то момент уравновешивает гравитационное сжатие. Звезда успевает схлопнуться почти полностью, но финальную стадию коллапса останавливает встречная сила.
Большой взрыв зарождающейся вселенной может произойти, когда звезда уже почти схлопнулась до состояния чёрной дыры.
По его словам, поведение предельно сжатого вещества пока не описано, что и оставляет место для новой физики.
Авторы сравнивают эффект с кирпичом, который не даёт гаражной двери закрыться до конца. В роли такого упора выступает тёмная энергия, чьё давление наружу не позволяет материи сжаться в сингулярность.
Итогом равновесия становится стабильный гравастар – сокращение от gravitational vacuum condensate star. Этот класс объектов с ядром из тёмной энергии предложили около 25 лет назад, но вопрос о том, как именно гравастары образуются при коллапсе обычной материи, оставался без ответа. Франкфуртская модель даёт на него первый динамический ответ в рамках общей теории относительности Эйнштейна.
Условия рождения такого объекта во многом напоминают момент Большого взрыва, с которого миллиарды лет назад началась наша Вселенная.
Та же тёмная энергия, что подпирает гравастар изнутри, по современным оценкам составляет около 68 процентов всего энергетического и массового содержания известной Вселенной и отвечает за её расширение.
Однако учёные не призывают хоронить чёрные дыры. Реццолла отметил, что поиск альтернатив не означает скепсиса по отношению к чёрным дырам, которые остаются самым естественным и простым решением для финала гравитационного коллапса.
При этом он добавил, что физикам важно непредвзято исследовать и общепринятые, и более экзотические трактовки, ведь история не раз показывала, как вторые становятся первыми.
Глядя на ясное ночное небо вдали от городских огней, мы видим бесконечную черную бездну, усыпанную мириадами звезд. На самом деле невооруженным глазом можно различить всего около 6 000 звезд (около 3 000 в каждом полушарии), и все они предстают перед нами как крошечные мерцающие — из-за атмосферной турбулетности — точки света. А ведь речь идет о ближайших к нам звездах — космических соседях в пределах нескольких сотен световых лет от Солнечной системы.
Современные наземные и космические телескопы позволяют преодолеть это ограничение и рассматривать далекие звезды в деталях. Это не только завораживает, но и дает ученым возможность изучать процессы звездной эволюции.
Перед вами — самое детализированное на сегодняшний день изображение красного гиганта R Зайца (R Leporis), полученное 15 ноября 2023 года с помощью массива радиотелескопов ALMA в чилийской пустыне Атакама. Эта умирающая звезда, расположенная в созвездии Зайца на расстоянии 1 490 ± 40 световых лет от Земли, находится на поздней стадии своего жизненного цикла.
R Зайца окружает сложная кольцевая структура из газа и космической пыли, которая постоянно пополняется веществом, истекающим с поверхности раздувшегося и пульсирующего гиганта. Наблюдения также зафиксировали необычное явление: звезда периодически "выбрасывает" облака углеродной сажи в окружающее пространство, словно гигантский космический вулкан.
Радиус R Зайца сегодня почти в 500 раз превышает солнечный. Если бы звезда находилась на месте нашего светила, то все планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс — оказались бы внутри ее оболочки. При этом болометрическая светимость гиганта, то есть суммарное излучение во всех диапазонах спектра, превышает солнечную более чем в 13 000 раз.
Примечательно, что R Зайца относится к классу углеродных звезд — в ее атмосфере углерод преобладает над кислородом. Это придает ей характерный темно-красный оттенок и способствует образованию сложных углеродных соединений в окружающей газопылевой оболочке.
R Зайца и будущее Солнца
Изучая R Зайца, ученые получают редкую возможность заглянуть в отдаленное будущее нашей собственной звезды. Через 5–7 миллиардов лет Солнце пройдет через аналогичную стадию красного гиганта, увеличившись в размерах и сбросив значительную часть своего вещества в космическое пространство.
В конечном итоге, когда звезда израсходует все топливо и сбросит оставшиеся оболочки, от нее останется лишь "огарок" — белый карлик, представляющий собой сверхплотное ядро из электронно-ядерной плазмы размером примерно с Землю, но с массой, сопоставимой с массой Солнца.
Полное остывание белого карлика займет десятки миллиардов лет (а по некоторым моделям — триллионы лет), и все это время он будет напоминать о некогда существовавшей планетной системе R Зайца, которая, возможно, когда-то могла быть пригодной для жизни.
В созвездии Водолея, на расстоянии около 54 570 световых лет от Земли, расположилось шаровое скопление Messier 72 (M 72), являющееся домом для более чем 100 000 древних звезд, которые плотно "упакованы" в относительно небольшую сферу.
Я предлагаю вам полюбоваться деталями этой грандиозной структуры, изображения которой были получены космическим телескопом NASA/ESA "Хаббл" в ходе наблюдений за 2025 год.
Звездный город в созвездии Водолея
Возраст звездного скопления M 72 оценивается в 9,5 миллиарда лет, а значит его звезды начали сиять задолго до появления Солнечной системы, возраст которой составляет примерно 4,6 миллиарда лет.
Благодаря тому, что к данным, полученным в оптическом диапазоне, были добавлены данные ультрафиолетового спектра, мы можем лицезреть удивительное разнообразие цветов, где каждый оттенок способен поведать свою историю.
Цветная палитра звездных поколений
Голубые звезды на снимке — это светила, которые изначально были более массивными, но в ходе эволюции разогрелись до чрезвычайно высоких температур, сжегши большую часть своих запасов водорода.
Красно-оранжевые объекты — это солнцеподобные звезды меньшей массы, которые за миллиарды лет своей жизни превратились в красных гигантов. Они раздулись до огромных размеров, но при этом сильно остыли, приобретя характерный красноватый оттенок.
Исследуя звезды M 72, ученые лучше понимают как зарождаются шаровые скопления и как эволюционируют галактики, в которых они зародились. Учитывая, что в M 72 нет признаков множественных поколений звезд (в данном случае они все старые) и сильного разброса по химическому составу, можно с уверенностью сказать, что данное шаровое скопление сформировалось в Млечном Пути, а не представляет собой ядро поглощенной галактики.
Звездная плотность скопления
Масса скопления M 72 в 168 000 больше массы Солнца. Состоит оно из более чем 100 000 гравитационно связанных звезд, уместившихся в сфере диаметром всего 104 световых года.
Если бы наша Солнечная система оказалась в центре скопления, то ближайшие звезды располагались бы примерно в 400 световых днях от нас — почти в четыре раза ближе, чем Проксима Центавра, ближайшая к Солнечной системе звезда.
Экстремальные условия
В M 72 встречаются области, где звезды упакованы настолько плотно, что оказывают друг на друга не только повышенное гравитационное влияние, но могут даже тесно взаимодействовать и сталкиваться.
Такие столкновения порождают удивительные объекты под названием "голубые отстающие" (англ. blue stragglers) — звезды, которые словно обращают время вспять, возвращаясь от "старости" к яркой и горячей "молодости".
Космические маяки
В скоплении было обнаружено 43 переменные звезды, большинство из которых относятся к типу RR Лира.
Скопление было открыто французским астрономом Пьером Мешеном в 1780 году, но тогда — в силу технических ограничений — ученые даже не подозревали, что наблюдают скопление из тысяч и тысяч звезд — им казалось, что это просто газопылевая туманность.
Спустя 245 лет мы не только понимаем истинную природу M 72, но даже можем рассматривать отдельные звезды!
Окно в раннюю Вселенную
Изучение столь древних скоплений, как M 72, дает ученым уникальную возможность заглянуть в прошлое мироздания. Звезды в шаровых скоплениях сформировались из первичного газа ранней Вселенной, когда тяжелых элементов было в 10-100 раз меньше, чем сейчас.
Это означает, что анализ данных, собранных в ходе наблюдений за M 72, рассказывает нам о том, какой была Вселенная более девяти миллиардов лет назад, когда ее возраст составлял меньше половины от нынешнего в 13,8 миллиарда лет.
Космический долгожитель
В отличие от рассеянных звездных скоплений, которые распадаются через несколько миллионов лет, шаровые скопления вроде M 72 невероятно стабильны благодаря мощным гравитационным связям между светилами, которые его составляют. Такие объекты могут существовать практически вечно — некоторые из известных нам шаровых скоплений имеют возраст более 13 миллиардов лет!
M 72 продолжает свой медленный танец вокруг центра Млечного Пути, неся в себе память о временах, когда наша Галактика находилась в процессе активного формирования и поглощения галактик меньшего размера. И благодаря возможностям легендарного "Хаббла" любой желающий может полюбоваться этим древним чудом во всех его красочных деталях.
Комментарии