Она представляет собой результат выброса вещества звезды-гипергиганта Эта Киля A, масса которой превышает массу Солнца примерно в 100-120 раз. Диаметр этой звезды в 200 раз больше солнечного, а светимость — в пять миллионов раз.
Породившая туманность звезда Эта Киля A является частью двойной системы. Эта Киля B — более "скромный" компаньон с массой около 30-80 масс Солнца и диаметром в 20-24 раза больше солнечного. Его светимость в 500 000 раз превышает аналогичный параметр нашей звезды.
В 1843 году Эта Киля A пережила так называемую Великую вспышку — событие, которое на короткое время сделало ее второй по яркости звездой на земном небе после Сириуса, удаленного "всего" на 8,6 световых года от нас.
Примечательно, что Эта Киля A начала аномально увеличивать свою яркость еще в 1837 году, а пик был достигнут через шесть лет. К 1856 году она перестала быть видимой невооруженным глазом.
В ходе Великой вспышки Эта Киля A выбросила в окружающее пространство колоссальное количество материи — по разным оценкам, от 10 до 20 солнечных масс. Это вещество разлеталось со скоростью около 650 километров в секунду, формируя характерную двухлопастную (биполярную) структуру, напоминающую гантель или песочные часы.
Сегодня туманность продолжает расширяться, а ее полярный диаметр составляет около 0,7 световых года. Газ и пыль, выброшенные почти два века назад, до сих пор светятся под воздействием излучения центральной звезды.
Туманность Гомункул состоит из двух массивных "лопастей", направленных в противоположные стороны вдоль оси вращения звезды. Эта форма объясняется тем, что выброс происходил неравномерно: вещество двигалось быстрее вдоль полюсов звезды и медленнее в экваториальной области.
В центре туманности, где сталкиваются потоки газа, температура достигает миллионов градусов. Эти ударные волны порождают жесткое рентгеновское излучение, которое можно зафиксировать с помощью таких инструментов, как космическая рентгеновская обсерватория NASA "Чандра".
Эта Киля A — одна из самых массивных и нестабильных звезд в нашей Галактике, которая находится на поздней стадии эволюции и считается кандидатом в сверхновые.
По астрономическим меркам, Эта Киля может взорваться в любой момент — завтра вечером, через век или через несколько тысяч лет. Когда это произойдет, взрыв будет настолько мощным, что его можно будет наблюдать с Земли невооруженным глазом даже днем. Однако, учитывая удаленность двойной системы, это событие будет безопасным для нашей планеты и ее обитателей.
В созвездии Киля, на расстоянии примерно 7 500 световых лет от Земли, находится система Эта Киля — одна из самых массивных и ярких звездных систем нашей Галактики. Масса главной звезды этой пары превышает массу Солнца более чем в 100 раз, а масса меньшего компаньона составляет около 50 масс Солнца. Светимость системы превосходит солнечную примерно в пять миллионов раз.
В 1840-х годах Эта Киля пережила так называемую "Великую вспышку" — мощнейший выброс вещества. Из-за этого система на короткое время стала второй по яркости звездой на ночном небе, уступая только Сириусу. В ходе извержения было выброшено столько газа и пыли, что этого хватило бы на формирование как минимум 20 солнечных систем. Сейчас продукты вспышки образуют характерную биполярную туманность Гомункул — два гигантских "пузыря" вещества, расходящихся в противоположных направлениях.
Этот звездный "чих" связан с тем, что доминирующим компонентом системы является сверхмассивная звезда на поздней стадии эволюции, пребывающая в режиме крайней неустойчивости. В любой момент она может завершить жизнь коллапсом ядра и взрывом сверхновой, а в одном из сценариев — даже гиперновой (например, если коллапс приведет к образованию черной дыры). Когда это произойдет, вспышка может быть настолько яркой, что ее можно будет заметить даже днем.
Изображение получено космическим телескопом NASA/ESA "Хаббл" в ультрафиолетовом диапазоне (камера WFC3); релиз — 1 июля 2019 года.
23 февраля 1987 года. В карликовой галактике Большое Магелланово Облако, расположенной на расстоянии около 160 000 световых лет от нас, вспыхнула сверхновая SN 1987A.
Остаток сверхновой SN 1987A "глазами" космического телескопа NASA "Джеймс Уэбб" / NASA, ESA, CSA
Но за три часа до первого света, донесшего информацию о взрыве массивной звезды, на Землю прибыли нейтрино*.
*Нейтрино — класс нейтральных фундаментальных частиц, участвующих только в слабом и гравитационном взаимодействиях.
Нейтрино долетели до нас быстрее света? Да. И это не ошибка. Дело в том, что в момент коллапса звезды ядро испускает нейтрино, которые проходят через внешние слои, как сквозь пустоту. Свет же задерживается, потому что ему нужно время, чтобы "пробиться" через взрывающуюся оболочку. Вот и получается, что нейтрино, наделенные возможностью миновать препятствия, опережают свет, но не превышают скорость света.
В тот день земные детекторы поймали 24 нейтрино. Это подтвердило, что наше понимание механизма звездных взрывов абсолютно верно.
Сегодня нейтрино продолжают выступать в роли наших информаторов, способных доносить вести о космических катастрофах раньше, чем свет.
Это произошло 14 июня 2015 года. Международная сеть автоматических роботизированных телескопов ASAS-SN, предназначенная для непрерывного мониторинга всей видимой небесной сферы, зафиксировала в созвездии Индейца вспышку чудовищной яркости.
Нечто, получившее обозначение ASASSN-15lh, вспыхнуло так ярко, что с лихвой затмило свою родительскую галактику — целиком, с миллиардами звезд. При подсчете были получены невообразимые цифры: в пике светимость превосходила светимость нашего Солнца примерно в 570 миллиардов раз. Для сравнения: светимость Млечного Пути превосходит солнечную "всего" в 20 миллиардов раз.
В январе 2016 года команда ученых, которую возглавил профессор Субо Донг из Института астрономии и астрофизики имени Кавли при Пекинском университете, опубликовала в журнале Science исследование, в котором событие ASASSN-15lh было названо "самой яркой сверхновой в истории наблюдений". Однако вскоре начались сомнения, и уже через несколько месяцев было опубликовано несколько исследований, опровергающих вывод команды Донга.
Но обо всем по порядку.
Дешевая, но эффективная система
ASAS-SN — это сеть небольших роботизированных телескопов с диаметром зеркал всего 14 сантиметров, расположенных в разных точках Земли. Их задача проста и грандиозна одновременно: каждую ночь сканировать все доступное небо в поисках малейших изменений яркости. Сверхновые, вспышки в ядрах галактик, переменные звезды — любое событие, нарушающее привычный покой ночного неба.
Система работает автоматически. Камеры снимают один и тот же участок неба несколько раз за ночь, а алгоритмы сравнивают кадры в поисках новых ярких точек. Если изменения выявлены, то астрономы тут же получают уведомление и начинают наблюдения с помощью больших наземных и космических телескопов, доступных в тот момент. Именно так нашли ASASSN-15lh: на снимках участка неба появилась яркая точка там, где раньше была лишь едва заметная тусклая галактика, удаленная примерно на 3,8 миллиарда световых лет от нас.
Почему решили, что это сверхновая
Изначально все указывало на сверхяркую сверхновую типа SLSN-I — очень редкий класс взрывов массивных звезд, светимость которых в десятки раз ярче обычных сверхновых. Событие ASASSN-15lh демонстрировало запредельную светимость, спектр без водорода, плавный рост яркости, который достиг пика примерно через 30 дней, а затем начал медленно угасать. Все это в общем-то ничем не отличалось от поведения известных сверхярких сверхновых. Вот только мощность была несоизмеримо больше.
И эту аномалию команда Донга связала с тем, что в центре взрыва родился магнетар — быстро вращающаяся нейтронная звезда с невероятно сильным магнитным полем. Вращаясь, магнетар теряет энергию и подсвечивает выброшенную взрывом оболочку изнутри, подобно гигантской космической лампочке внутри расширяющегося газопылевого облака. Этот механизм объяснял и долгое свечение, и невероятную яркость. Но ученые признали, что это, по сути, костыль. Гипотеза звучала складно, однако реальные концы с концами в ней не сходились.
Фундамент гипотезы дал трещины
Сверхяркие сверхновые достигают пика и за несколько недель-месяцев стремительно тускнеют. Событие ASASSN-15lh падало в яркости гораздо медленнее и даже на какое-то время зависло на максимальном уровне светимости. Кроме того, спектр тоже был странным — линии оказались слишком широкими, а скорости выброса вещества казались аномально высокими. Проще говоря, при внимательном рассмотрении событие ASASSN-15lh не вписывалось в рамки сверхяркой сверхновой.
И еще одна любопытнейшая деталь, которая настораживала с самого начала: местоположение. Большинство сверхярких сверхновых взрываются в карликовых галактиках с низкой металличностью и активным звездообразованием — там рождаются очень массивные и горячие звезды, которые, проживая очень короткую — по астрономическим меркам — жизнь, становятся кандидатами на такой взрыв. Событие ASASSN-15lh было зафиксировано в крупной, старой галактике. И самое важное: объект располагался точно в центре галактики. Не на краю, не в спиральном рукаве, а в ядре — там, где обычно прячется сверхмассивная черная дыра.
Дубль два
В конце 2016 — начале 2017 года уже погасший было объект неожиданно вспыхнул снова. Яркость выросла примерно на 10%. Не секрет, что сверхновые так себя не ведут, ибо гибель звезды — одноразовое событие. Можно наблюдать, как оболочка сброшенного вещества расширяется и остывает, как взаимодействует с окружением, но взрыв происходит один раз. Так что данное событие стало весомым аргументом в руках тех, кто изначально сомневался в верности интерпретации данных команды Донга.
Несколько международных команд ученых независимо друг от друга предложили радикально иное объяснение: событие приливного разрушения (англ. Tidal Disruption Event, TDE). Это принципиально иной тип катастрофы, инициатором которого является не звезда, а черная дыра.
Представьте звезду, которая однажды подлетела слишком близко к сверхмассивной черной дыре массой в миллионы или даже миллиарды солнечных. Пересекая так называемый радиус приливного разрушения, светило сталкивается с настолько сильным гравитационным градиентом, что ее буквально разрывает на части. Та сторона звезды, что находится ближе к черной дыре, испытывает притяжение во много раз сильнее, чем противоположная — и звезда начинает растягиваться.
Часть вещества, что падает в черную дыру, попадает сначала в аккреционный диск, раскручивается и разогревается до миллионов градусов, излучая в рентгеновском, ультрафиолетовом и видимом диапазонах. Это может продолжаться месяцы и годы, постепенно затухая по мере того, как вещество поглощается черной дырой.
TDE — редкое явление. В типичной галактике такая "гравитационная мясорубка" разрывает звезду в клочья примерно раз в 10–100 тысяч лет. В наблюдаемой Вселенной около двух триллионов галактик, а астрономы наблюдали лишь несколько десятков событий такого рода, и большинство из них были относительно тусклыми. Так что если ASASSN-15lh действительно является TDE, то перед нами несравненный рекордсмен.
Весомые аргументы
Команды астрофизиков во главе с Йоргосом Лелудасом и Питером Брауном провели детальный анализ спектра, кривой блеска и положения объекта. Локация в самом центре галактики, где находится сверхмассивная черная дыра массой примерно 100 миллионов масс Солнца, перестала быть просто совпадением. Изменения в спектре выдали характерные признаки именно аккреционного диска, а не остывающей оболочки сверхновой.
Все, абсолютно все указывало на то, что перед нами TDE — но только при одном условии: черная дыра должна вращаться очень быстро. Вращение черной дыры напрямую определяет, сколько энергии высвободится при поглощении материи. И чтобы объяснить колоссальную светимость события ASASSN-15lh, сверхмассивная черная дыра, разорвавшая звезду, должна вращаться практически с максимально возможной скоростью.
Кстати, повторная вспышка тоже вписывается в эту картину: вещество падает в черную дыру неравномерно, образуя в аккреционном диске сгустки, которые время от времени приводят к всплескам излучения. Это нормальное поведение в случае с TDE, но нетипичное для сверхновой.
Спор не закончен
Дебаты продолжаются до сих пор. Некоторые астрономы по-прежнему считают, что ASASSN-15lh — экзотическая сверхновая. Спектр на ранних стадиях, по их мнению, больше похож на взрыв звезды, чем на приливное разрушение. Эволюция цвета объекта сначала была типичной для сверхярких сверхновых — от синего к красному, хотя позже появились аномалии. А повторная вспышка, что была зафиксирована в конце 2016 — начале 2017 года, может быть связана со спецификой взаимодействия сброшенной оболочки с окружающим веществом.
Есть и еще один аргумент: даже для TDE ASASSN-15lh — слишком яркое событие. Чтобы получить такую светимость, нужны крайне специфические условия: экстремальная скорость вращения черной дыры, очень массивная исходная звезда и, вероятно, узкий релятивистский джет, направленный почти точно на нас в момент наблюдения с помощью системы ASAS-SN. Все это делает сценарий маловероятным, но не невозможным.
Если ASASSN-15lh однажды вновь вспыхнет, это станет железобетонным аргументом в пользу TDE-гипотезы. А пока остается лишь ждать и наблюдать.
NGC 346 — одна из самых активных "звездных колыбелей" в наших окрестностях: скопление молодых звезд подсвечивает и выдувает окружающий газ, формируя специфические нити, дуги и полости.
Эта самосветящаяся за счет ионизации собственного газа туманность, включающая рассеянное скопление, находится в Малом Магеллановом Облаке — карликовой галактике-спутнике Млечного Пути, на расстоянии около 200 000 световых лет от Земли.
На изображении хорошо виден "строительный мусор", оставшийся после вспышки звездообразования: пыль и газ, которые разогреваются, фрагментируются и расшвыриваются ударными волнами, уступая место новым светилам.
Изображение было получено космическим телескопом NASA "Джеймс Уэбб" в среднем инфракрасном диапазоне; релиз снимка — 10 октября 2023 года. Именно благодаря наблюдениям в инфракрасном диапазоне мы можем видеть множество звезд, недоступных для оптических инструментов из-за чрезвычайно плотных облаков пыли, блокирующих их свет.
Космический телескоп NASA/ESA "Хаббл", несмотря на солидный для столь сложной техники возраст в 35 лет, продолжает радовать ученых бесценными данными, а ценителей прекрасного — завораживающими снимками.
Сегодня я хочу вновь совместить эстетику с познанием Вселенной, поэтому предлагаю вашему вниманию детализированные снимки части туманности Вуаль с развернутыми комментариями, которые расширят область познания для всех желающих.
Космическая катастрофа, породившая красоту
Туманность Вуаль — это все, что осталось от звезды, масса которой превосходила солнечную в 20 раз. Когда такие гиганты исчерпывают запасы ядерного топлива (водорода и гелия, которые превращаются в более тяжелые элементы), их жизнь заканчивается грандиозной вспышкой сверхновой. Звездное вещество разлетается по космическому пространству со скоростью в тысячи километров в секунду.
Туманность Вуаль находится на расстоянии около 2 400 световых лет от Земли в созвездии Лебедя. Этот объект настолько огромен (около 100 световых лет в поперечнике), что если бы человек мог лицезреть ее невооруженным глазом, то туманность заняла бы область на небе в шесть полных Лун, расположенных в ряд.
Примечательно, что звездный взрыв, породивший этот шедевр Млечного Пути, произошел "всего" около 10 000 лет назад.
Палитра космических элементов
Яркие цвета туманности — это не вольная художественная фантазия, а реальное свечение химических элементов в экстремальных условиях:
Красный цвет — свечение атомов водорода, самого распространенного элемента во Вселенной;
Сине-голубой цвет — излучение кислорода;
Желто-оранжевый цвет — свечение серы, создающей специфические переходные тона.
"Внутренности" туманности разогреты до миллионов градусов Цельсия, что и заставляет атомы излучать свет в различных спектральных линиях.
Живая история Вселенной
"Хаббл" ведет регулярные наблюдения за туманностью Вуаль с 1994 года. Благодаря этому в распоряжении астрономов данные об эволюции объекта за три десятилетия.
Известно, что ударная волна от вспышки сверхновой продолжает распространяться через межзвездную среду, сталкиваясь с окружающим газом, который вследствие этого сжимается и нагревается. Этот процесс, продолжающийся тысячи лет, порождает сложные волокнистые структуры, которые мы наблюдаем как замысловатую сеть светящихся нитей.
Круговорот материи в природе
Звездные взрывы играют одну из ключевых ролей в эволюции Галактики. Они не только обогащают межзвездное пространство тяжелыми элементами, которые были синтезированы в недрах массивных звезд, но и стимулируют звездообразование в окружающих их газопылевых облаках.
Планетарная туманность IC 3568, неофициально известная как "Кусочек лимона", расположена в созвездии Жирафа на расстоянии примерно 4 500 световых лет от Земли. Это довольно молодая — по космическим меркам — туманность диаметром всего около 0,4 светового года.
IC 3568 — продукт гибели солнцеподобной звезды, которая, исчерпав запас термоядерного топлива, сбросила свои внешние слои в окружающее пространство. Обнаженное горячее ядро испускает мощное ультрафиолетовое излучение, которое заставляет выброшенный газ светиться.
IC 3568 известна своей почти идеальной сферической симметрией — очень редким для планетарных туманностей явлением. Большинство таких объектов имеют сложные, асимметричные формы, но здесь оболочка удивительно гладкая и равномерная, действительно напоминающая дольку лимона.
В центре туманности находится горячий белый карлик — остаток звезды, некогда похожей на Солнце. Газовая оболочка будет продолжать рассеиваться в межзвездном пространстве, а ядро — постепенно остывать и тускнеть.
Изображение было получено космическим телескопом NASA/ESA "Хаббл" 17 декабря 1997 года.
Туманность Кошачий Глаз (NGC 6543) — планетарная туманность в созвездии Дракона, удаленная примерно на 3 300 световых лет от нас. Эта туманность, сформировавшаяся в результате гибели звезды с массой около пяти солнечных масс, имеет одну из самых сложных структур среди подобных объектов.
NGC 6543 демонстрирует концентрические газовые оболочки, струи высокоскоростного газа, биполярные джеты и необычные ударные узлы. В центре туманности находится чрезвычайно горячая звезда типа Вольфа-Райе, имеющая температуру около 80 000 K и массу чуть больше одной солнечной массы (для сравнения: температура солнечной поверхности составляет 5 780 K или 5 506 °С). Мощные порывы ее звездного ветра, скорость которых достигает 1 900 километров в секунду, "выдули" внутреннюю полость туманности и сформировали видимую структуру через ударное взаимодействие с ранее выброшенным материалом.
Изображение было получено с помощью Северного оптического телескопа (англ. Nordic Optical Telescope), расположенного в обсерватории Роке де лос Мучачос на острове Пальма (Канарские острова, Испания).
На изображении — безымянная галактика, удаленная примерно на 5,7 миллиарда световых лет от нас. Этот кадр — результат объединения данных, полученных с помощью космической рентгеновской обсерватории NASA "Чандра" и наземного комплекса радиотелескопов ALMA (Чили).
Яркое пятно в центре представляет собой раскаленный газопылевой "кокон" вокруг сверхмассивной черной дыры. Темные зоны сверху и снизу — области холодного газа.
Обычно черные дыры рассматриваются как разрушители, но этот объект доказывает, что не все так однозначно. Мощные струи плазмы (джеты), вырывающиеся из окрестностей дыры, не разгоняют окружающую материю, а напротив — запускают производство холодного газа.
У некоторых возникнет вопрос:
"Как раскаленная струя плазмы может что-то охладить?"
На первый взгляд это действительно звучит иррационально. Это как пытаться заморозить воду огнеметом.
Но тут весь секрет в физике расширения. Джеты, двигаясь с огромной скоростью, выталкивают газовые облака подальше от черной дыры. Там газ начинает стремительно расширяться, теряя энергию и... остывая. Именно этот холодный газ — ключевой компонент для рождения новых звезд.
Все это формирует замкнутый цикл: черная дыра стимулирует звездообразование, чтобы потом "полакомиться" частью новых светил. В будущем, испуская новые джеты, она станет причиной появления следующего поколения звезд. И все повторится вновь, пока запасы окружающего газа не подойдут к концу — лишь тогда черная дыра уснет.
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.
Регион звездообразования Ро Змееносца — ближайшая к Земле "колыбель звезд", расположенная на расстоянии около 390 световых лет от нас. Сегодня это одна из ключевых целей для изучения зарождения и эволюции солнцеподобных звезд.
На этом снимке, полученном 12 июля 2023 года космическим телескопом NASA "Джеймс Уэбб", охвачена лишь часть огромного облачного комплекса. Именно это позволило добиться высокой детализации: перед нами буквально "анатомия" рождения звезд.
Благодаря высокой чувствительности в инфракрасном диапазоне телескоп смог заглянуть сквозь плотные газопылевые завесы, которые в видимом свете скрывают происходящее в глубине облака. В результате на изображении проявились структуры, которые раньше удавалось наблюдать лишь частично или же предсказывать только теоретически.
На снимке отчетливо видны светящиеся полости, выдутые потоками вещества, плотные нити межзвездной пыли, а также ударные волны — следы бурных процессов, сопровождающих рождение звезд.
Особенно впечатляют мощные потоки плазмы, которые протозвезды — звезды на ранней стадии своей эволюции — выбрасывают в окружающее пространство со скоростью в сотни километров в секунду.
Ро Змееносца — это регион формирования звезд, похожих на Солнце, вместе с их будущими планетными системами. Наблюдения "Джеймса Уэбба" позволяют нам заглянуть в далекое прошлое нашей собственной Солнечной системы.
Благодаря "Джеймсу Уэббу" перед нами один из самых детализированных обзоров подобных областей за всю историю наблюдений. Этот снимок не только завораживает своей красотой, но и дает нам самый подробный на сегодняшний день взгляд на процессы звездообразования.
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.
Периодически на просторах интернета встречается утверждение, что Юпитеру "чуть-чуть не хватило массы" для превращения в звезду. На деле же это серьезное искажение реальности: разница между массой Юпитера и минимальной звездной массой колоссальна.
В настоящее время Юпитер генерирует значительное количество энергии за счет гравитационного сжатия. Планета ежегодно сокращается примерно на два сантиметра, преобразуя гравитационную потенциальную энергию в тепловую. Этот процесс приводит к общему излучению в 335 триллионов ватт – примерно на 67% больше энергии, чем газовый гигант получает от Солнца.
При всей мощи этих процессов, температура в ядре Юпитера достигает лишь 24 000 градусов Цельсия, тогда как для начала термоядерных реакций необходима температура около семи миллионов градусов. Достижение такой температуры требует значительно большего гравитационного давления.
Предел Кумара
Для запуска термоядерных реакций масса объекта должна превышать так называемый предел Кумара – около 80 масс Юпитера (или примерно 0,08 массы Солнца). Это минимальная масса, необходимая для создания достаточного давления и температуры в ядре для начала термоядерных реакций.
Текущие параметры
Масса Юпитера составляет 1,9 × 10^27 килограммов. Для достижения звездного статуса требуется масса около 1,6 × 10^29 килограммов. При такой массе гравитационное сжатие создало бы необходимые условия для самоподдерживающихся термоядерных реакций, превратив планету в красный карлик — самый маломассивный тип звезд.
Существующая масса Юпитера оптимальна для текущей конфигурации Солнечной системы. Его гравитационное влияние играет ключевую роль в поддержании стабильности орбит других планет (особенно Марса) и защите внутренней Солнечной системы от крупных астероидов и комет. Достаточно вспомнить драматическое столкновение кометы Шумейкеров — Леви 9 с Юпитером в 1994 году – планета-гигант приняла удар на себя.
Гравитационное поле Юпитера отклоняет или захватывает большинство крупных комет и астероидов, которые могли бы достичь внутренних планет (включая Землю). Кроме того, его влияние структурирует пояс астероидов.
Помимо гравитационного влияния, Юпитер обладает мощнейшей в Солнечной системе (после Солнца) магнитосферой. Его магнитное поле в 14 раз сильнее земного, что обеспечивает дополнительную защиту как собственным спутникам, так и внутренней части Солнечной системы.
Туманность Розетка — область активного звездообразования в созвездии Единорога, где гигантские облака водорода и пыли под действием гравитации сжимаются, формируя новые светила.
Туманность NGC 6357 — одна из самых удивительных звездных фабрик нашей галактики, расположенная в созвездии Скорпиона, на расстоянии около 5 500 световых лет от Земли. Внутри нее формируются не отдельные звезды, а целые звездные скопления.
Недавние наблюдения с помощью космического телескопа NASA "Джеймс Уэбб" выявили, что в этой туманности рождаются преимущественно массивные звезды, в 10-20 раз тяжелее Солнца. Ученые предполагают, что за это ответственные уникальные турбулентные потоки газа, которые создают в NGC 6357 идеальные условия для формирования гигантов.
Особую научную ценность представляют недавние наблюдения звездообразования в NGC 6357 с помощью комплекса радиотелескопов ALMA. Ученым удалось зафиксировать несколько протозвездных дисков на разных стадиях формирования, что позволяет изучать эволюцию звездных систем в реальном времени. Некоторые из этих систем, вероятно, сформируют двойные звезды, вращающиеся вокруг общего центра масс.
В 2019 году международная команда астрономов, которую возглавил Сергей Копосов из университета Карнеги — Меллона (США), исследовала окрестности сверхмассивной черной дыры Стрелец А*, обитающей в "сердце" Млечного Пути.
Обратив свой взор на созвездие Журавля, они обнаружили звезду, которая удалялась от центра нашей Галактики со скоростью около 1 755 километров в секунду — это 6 318 000 километров в час. Для сравнения: самый быстрый рукотворный объект, солнечный зонд NASA Parker Solar Probe, развивает скорость до 192 километров в секунду. Солнце вращается вокруг центра Млечного Пути со скоростью 220–240 километров в секунду.
Это светило движется настолько быстро, что гравитация всего Млечного Пути не в силах ее удержать, а значит через несколько десятков миллионов лет звезда вырвется в холодную межгалактическую пустоту, став одиноким скитальцем до конца своей жизни.
Звезда, получившая обозначение S5-HVS1 (далее S5), относится к типу гиперскоростных и является самой быстрой из всех, когда-либо наблюдаемых астрономами.
Галактические изгнанники
Несмотря на скоростной рекорд, S5 не является каким-то аномальным объектом. Астрономы обнаружили десятки подобных звезд, движущихся настолько быстро, что они с лихвой преодолевают вторую космическую скорость для всей Галактики (около 550 километров в секунду), направляясь в межгалактическое пространство — пустоту, протяженностью в миллионы и миллионы световых лет.
Но какие силы смогли разогнать S5 до столь невообразимой скорости? Ответ — сверхмассивная черная дыра Стрелец А*. Она более чем в четыре миллиона раз массивнее Солнца, а ее гравитация настолько сильна, что с легкостью искривляет траектории близлежащих звезд.
Механизм разгона был предсказан и описан американским астрофизиком Джеком Хиллсом еще в 1988 году. Впоследствии, когда появились наблюдательные доказательства, научное сообщество отдало дань уважения открывателю, назвав этот процесс в его честь. Он работает следующим образом:
Двойная звездная система — две звезды, вращающиеся вокруг общего центра масс — подлетает к Стрелец А* настолько близко, что гравитация черной дыры разрывает пару. Одна звезда захватывается на орбиту и в итоге поглощается, а вторая — швыряется прочь с колоссальным ускорением, подобно запуску камня из пращи, но в космических масштабах. Энергия орбитального движения двойной системы превращается в кинетическую энергию улетающей звезды.
Расчеты вкупе с моделированием показали, что около пяти миллионов лет назад S5 действительно находилась в центре Галактики, в непосредственной близости от Стрелец А*. Там S5 лишилась своего звездного компаньона, а после была катапультирована прочь.
Космические странники
Гиперскоростные звезды — редкость, но, как я сказал выше, астрономы обнаружили десятки подобных объектов. Это позволяет составить целостную картину. Так сегодня известно, что не у каждой из них судьба была скорректирована встречей со сверхмассивной черной дырой.
Например, на расстоянии примерно 62 000 световых лет от Земли находится звезда US 708, которая покидает нашу Галактику со скоростью около 1 200 километров в секунду. А разогнала ее вспышка сверхновой в тесной двойной системе, где более массивная звезда буквально сорвала вещество с компаньона и взорвалась, отшвырнув звездный "огрызок".
Есть также гиперскоростные звезды, выброшенные в межгалактическую среду в ходе столкновения галактик, но, учитывая колоссальные расстояния, мы можем наблюдать не отдельные объекты, а лишь потоки, состоящие из тысяч звезд.
Что ждет S5 впереди?
Учитывая тот факт, что мы находимся внутри Млечного Пути и не знаем точно, насколько далеко простирается его галактическое гало (основная часть сферической подсистемы), оценки выхода S5 в межгалактическую среду варьируются от 50 до 100 миллионов лет.
Но этот выход неизбежен. S5 непременно окажется за пределами родительской галактики, где нет ничего, кроме крайне разреженного ионизированного газа, холода и вечной тьмы. Ни других звезд, ни гравитационных ориентиров. Но S5 будет рассеивать этот мрак своим присутствием на протяжении миллиардов лет, пока не израсходует водородное топливо. Учитывая, что масса S5 примерно в 2,35 раза больше массы Солнца, ее путь к превращению в красного гиганта, а после в красочную планетарную туманность будет существенно короче. Когда жизненный путь S5 подойдет к концу, она оставит после себя медленно остывающий белый карлик — крошечный и недоступный для наблюдений объект.
Если отсеять всю эту "космическую романтику", то гиперскоростные звезды — мощный инструмент для науки:
По числу и траекториям галактических изгнанников можно оценить активность и уточнить массу сверхмассивной черной дыры Стрелец А*;
Анализ траекторий помогает построить карту распределения темной материи в гало Галактики;
Понимание механизмов взаимодействия, эволюции и гибели звездных систем, оказавшихся во власти сверхмассивных черных дыр;
Тестирование общей теории относительности в экстремальных условиях, а также проверка альтернативных теорий гравитации (спойлер: теория Эйнштейна продолжает с феноменальным успехом проходить все проверки).
Есть ли звезды еще быстрее?
Теоретически — да. Некоторые модели предсказывают существование "релятивистских звезд", разогнанных до нескольких процентов скорости света (десятки тысяч километров в секунду). Объекты такого рода могут появиться, например, при взаимодействии с парой сливающихся сверхмассивных черных дыр.
Пока такие звезды не обнаружены. Но масштабы Вселенной таковы, что даже самые маловероятные события вполне могут быть реализованы. Так что, возможно, где-то прямо сейчас в системе из сталкивающихся галактик, ядра которых в лице сверхмассивных черных дыр сливаются, сотни звезд были разогнаны до фантастических скоростей, в сравнении с которыми S5 покажется черепахой.
Туманность IC 349 — чрезвычайно плотное и очень холодное облако газа и пыли, которое было бы чернее смоли, если бы не звезда Меропа в скоплении Плеяд, чей свет отражается от газопылевого образования.
IC 349 является отражательной туманностью, так как лишена собственного видимого излучения, но частицы ее пыли охотно отражают свет, испущенный внешними источниками. IC 349 и Меропа находятся на расстоянии около 440 световых лет от Земли.
Однажды все изменится, когда рядом с IC 349 произойдет высокоэнергетическое событие (например, вспышка сверхновой), которое приведет к сжатию и нагреву отражательной туманности. Это непременно запустит процесс звездообразования, и первые лучи света пробьются из глубин непроглядной тьмы.
Конская Голова — относительно небольшая туманность в созвездии Ориона, протяженностью около семи световых лет. Она находится на расстоянии примерно 1 375 световых лет от Солнечной системы. Столь темная природа туманности обусловлена чрезвычайно высокой концентрацией межзвездной пыли, которая блокирует свет от звезд, находящихся позади Конской Головы.
Яркие желтые пятна, разбросанные по "голове", представляют собой формирующиеся маломассивные звезды. Их нестабильное и даже агрессивное поведение приводит к постепенному разрушению туманности.
Изображение поста было создано на основе данных, полученных 1 февраля 2000 года с помощью телескопа KUEYEN, который входит в состав Очень Большого Телескопа (VLT), находящегося под управлением Европейской южной обсерватории (ESO).
Белые карлики, ядра которых кристаллизуются в гигантские алмазы, долгое время считались лишь умозрительной гипотезой, но теперь их существование доказано.
Эти удивительные объекты — остатки звезд, подобных Солнцу, — формируются, когда белый карлик охлаждается в течение миллиардов лет. Под огромным давлением углерод в ядре кристаллизуется, превращаясь в структуру, напоминающую алмаз, диаметром до 10 000 километров — чуть меньше диаметра Земли.
В 2004 году астрономы изучили белый карлик BPM 37093, неофициально прозванный "Люси" в честь песни The Beatles "Lucy in the Sky with Diamonds". С помощью астросейсмологии они выяснили, что около 90% его массы кристаллизовалось, образуя "алмаз" массой около 10^31 килограммов, что эквивалентно 1,5 миллиона масс Земли.
Этот космический алмаз не только поражает воображение, но и влияет на эволюцию звезды: кристаллизация высвобождает скрытую тепловую энергию, замедляя охлаждение белого карлика на миллиарды лет.
Международная команда ученых применила машинное обучение для анализа более 400 образцов: древних осадочных пород, окаменелостей, современных микроорганизмов и фрагментов метеоритов разного возраста. Цель была амбициозной — научить алгоритм отличать органику биологического происхождения от небиологической в породах возрастом миллиарды лет.
Для этого исследователи использовали метод "случайного леса". Его суть в том, что алгоритм искал не один конкретный признак жизни, а сложные химические закономерности — своего рода молекулярный отпечаток, который остается после живых организмов даже тогда, когда исходные биомолекулы давно разрушились.
Метод показал точность выше 90% и дал особенно интересный результат на древнейших образцах. Так, в породах возрастом более 3,3 миллиарда лет были обнаружены "химические подписи" биологического происхождения. Это намного древнее прежних надежных молекулярных следов, которые находили в породах возрастом около 1,7 миллиарда лет.
Кроме того, анализ указал на признаки кислородного фотосинтеза уже около 2,5 миллиарда лет назад — примерно на 800 миллионов лет раньше прежних молекулярных данных.
Если результаты исследования подтвердятся другими методами, это изменит наши представления о ранней истории жизни на Земле. Возможно, сложные биохимические процессы появились существенно раньше, чем считалось, а эволюция на молодой планете шла быстрее и эффективнее.
И, конечно, если метод докажет свою эффективность, его начнут использовать и в астробиологии. Подобные алгоритмы могут пригодиться при изучении марсианских пород, а в перспективе — образцов с Европы, Энцелада и Титана прямо на месте. В поиске биосигнатур ИИ способен превзойти человека: он работает не с очевидными признаками, а со сложными химическими сочетаниями, которые человеческий глаз просто не увидит.
Мы стоим на пороге революционного события: уже в обозримом будущем поиск следов внеземной жизни сможет обойтись без безумно дорогих и опасных пилотируемых миссий — и даже без доставки образцов на Землю. Если машина научится надежно читать химию других миров на месте, главная задача будет сводиться к доставке оборудования к цели — а с этим мы уже хорошо научились справляться.
Комментарии