начальная функция масс

Гавань живёт по расписанию приливов. Вода то поднимается, то уходит, и вместе с ней меняется всё: уровень у причала, состав осадка на дне, даже солёность в дальних углах. Галактика устроена похоже, только вместо воды у неё газ, а вместо Луны — собственные звёзды и соседние облака.

В 40 световых годах от нас живёт звезда, которую долго не замечали: TRAPPIST-1 отдаёт в космос в две тысячи раз меньше света, чем Солнце. Зато у неё нашлись сразу семь планет размером с Землю — и три из них кружат в зоне, где вода могла бы оставаться жидкой. Но о самой звезде, о её химической кухне, до сих пор знали мало.

Вокруг каждой галактики — невидимая корона из холодного газа. Она простирается далеко за пределы звёздного диска и служит одновременно складом топлива для новых звёзд и кладбищем для выброшенного вещества.

Молодое звёздное скопление похоже на оркестр перед концертом: каждый инструмент настраивается по-своему, и общий гул кажется хаосом. Но если прислушаться, можно различить отдельные ноты. Примерно так астрономы изучают переменные звёзды типа δ Щита — их яркость меняется с периодами от получаса до нескольких часов, и в этой пульсации зашифрованы масса, возраст и внутреннее устройство.

После Большого взрыва Вселенная пережила стремительное расширение — инфляцию, разгладившую реликтовое излучение и посеявшую зачатки галактик. Но на квантовом уровне в поле инфлатона зрели хаотичные флуктуации.

Свет от далёкого блазара (активного ядра галактики, бьющего струёй в нашу сторону) идёт к нам миллиарды лет. В пути он порождает ливни заряженных частиц, которые межгалактическое магнитное поле отклоняет в стороны. Так вокруг блазара на небе возникает размытое гамма-свечение — вторичный ореол. Чем слабее поле, тем шире ореол.

Человек на старой фотографии стоит в толпе и при этом кружится — угадать его возраст почти невозможно. Примерно так астрономы определяют возраст и массу далёких звёзд и часто ошибаются. Для звёзд, которые немного тяжелее Солнца (от 1,4 до 2,5 его масс), обычные методы вроде «часов» по химическому составу работают плохо.

Вселенная звучит. Не в привычном смысле — её симфония записана в крошечных перепадах плотности, из которых выросли галактики и мы сами. После Большого взрыва пространство было почти однородным, но квантовые флуктуации во время инфляции оставили едва заметный узор — где-то вещества чуть больше, где-то меньше.

Снимки космического телескопа «Джеймс Уэбб» обнаружили неожиданно интенсивное свечение первых галактик — колоссальных звёздных систем, сформировавшихся вскоре после Большого взрыва. Представьте: тостер подрумянивает ломтик хлеба за минуту, а духовка выпекает буханку целый час — результат, в сущности, одинаков.

В городском парке деревья растут быстрее, чем в глухом лесу. Не потому, что почва лучше, а потому, что здесь чаще сталкиваются ветвями и обмениваются семенами. Примерно так же ведут себя галактики в протоскоплении Паутина — огромном сгустке материи, который через миллиарды лет станет зрелым скоплением.

Прожектор светит сквозь тёмный зал. Между лампой и стеной проплывает невидимая линза — и пятно света на мгновение становится ярче, чуть смещается. Именно это пять ночей подряд высматривал телескоп DECam, нацеленный на Большое Магелланово Облако — галактику-спутник нашего Млечного Пути. Он поймал вспышку длиной всего в час.

Чёрные дыры известны в двух крайних проявлениях: объекты звёздных масс — финал эволюции массивных светил, и сверхмассивные гиганты, царящие в центрах галактик. Промежуточное звено — чёрные дыры средней массы — долго ускользало от наблюдателей.

Огромное тёмное облако газа раскинулось по молодой Вселенной. Внутри него, словно невидимые пальцы, пронизывают магнитные силовые линии, оставшиеся от самого рождения мира. Эти поля действуют на заряженные частицы, подталкивая их друг к другу — как лёгкий ветер, сгоняющий опавшие листья в кучки.

Астрономы, подобно поварам, долгое время описывали Вселенную, опираясь на одни и те же громоздкие рецепты — сложные математические формулы, оценивающие распределение галактик по светимости и массе, а также структуру невидимых фундаментов из тёмной материи — таинственной субстанции, проявляющей себя лишь через гравитацию.

В холодных облаках межзвёздного газа прячутся длинные тонкие волокна — как нити в клубке. Именно в них, сжимаясь, рождаются новые звёзды. Астрономы взяли семь таких облаков на расстоянии от 140 до 920 световых лет и измерили, сколько в них волокон разной толщины. Оказалось, что во всех облаках, независимо от их активности, действует один и тот же закон: чем толще волокно, тем оно реже встречается.

Межзвёздное пространство не пустое: оно заполнено разреженным газом, который местами тёплый, местами холодный. Границы между такими областями напоминают стенки между мыльными пузырями. Когда сверхэнергичная частица — космический луч — налетает на такую стенку, магнитное поле там резко меняется, и частица отскакивает, как мячик от бортика.

Литий — как термометр, опущенный в недра звезды. Этот лёгкий элемент разрушается при температуре около 2,5 миллиона градусов, поэтому его количество на поверхности рассказывает, насколько глубоко перемешивалось вещество звезды.

Две очень маленькие и холодные звезды, похожие на знаменитую TRAPPIST-1, живут в молодом звёздном скоплении Верхний Скорпион. Им всего 5–10 миллионов лет — по космическим меркам, младенцы. Вокруг каждой кружится диск из газа и пыли, из которого со временем могут собраться планеты.

Древние звёзды, почти лишённые тяжёлых элементов — так называемые малометалличные объекты — словно ископаемые останки первых космических вспышек.

Каждая молекула — как конструктор из атомов: одни и те же детали можно собрать по-разному. Две сборки с одинаковым набором атомов, но разной геометрией называют изомерами. Если одна получается из другой простым поворотом вокруг связи — это конформеры, как согнутая и выпрямленная рука. Если нужно разорвать связь и переставить группы — это геометрические изомеры, как левая и правая перчатка.

Долгое время астрономы полагали, что Вселенная действует как космический конвейер: в любом её уголке звёзды рождаются по единому рецепту, где на каждого массивного гиганта приходится примерно фиксированное число небольших карликов.

Кухня, где пекут звёзды, работает по простому рецепту: сколько муки — столько и пирогов. Долгое время астрономы видели строгую зависимость между массой галактики и тем, как быстро в ней рождаются звёзды, и считали её самостоятельным правилом. Но новое исследование 24 954 близких галактик показывает: эта связь — лишь тень двух более фундаментальных законов.

В звёздном скоплении NGC 2158, которому больше миллиарда лет, астрономы сосчитали, как часто звёзды живут парами. Телескоп «Хаббл» смотрел на скопление очень долго, чтобы увидеть даже самые тусклые звёзды — те, что легче трети Солнца.

Два прожектора стоят вплотную: издалека их свет сливается в одно пятно, и кажется, что источник один. Так и в космосе: около 10–20% тусклых звёзд — на самом деле тесные пары одинаковых светил. По отдельности их не разглядеть, но вместе они светят заметно ярче, чем одиночная звезда с теми же параметрами.

Кухня далёкой галактики не ограничивается её ярким диском. Вокруг каждой звёздной системы есть невидимое облако газа — как пар над кастрюлей с супом. Астрономы заглянули в этот пар у галактик, которые видны такими, какими они были всего через полтора миллиарда лет после Большого взрыва.

Первые звёзды зажглись из облаков, в которых не было ничего, кроме водорода и гелия. Тяжёлые элементы — углерод, кислород, железо — появились позже, внутри звёзд. Но среди тех первенцев могли быть и лёгкие звёзды, массой чуть меньше Солнца. Такие живут очень долго, миллиарды лет, и могли дожить до наших дней.

Облака газа в Млечном Пути рождают звёзды, и самые тяжёлые из них — настоящие гиганты. Раньше считалось, что такая звезда вспыхивает почти мгновенно, как лампочка. Но новое исследование показывает: звезда растёт постепенно, как снежный ком, катящийся с горы. Чем дольше катится, тем больше становится. Авторы сравнили два списка: яркие газовые облака вокруг молодых звёзд и сами звёзды.

Возьмите детский волчок и запустите его на столе. Он крутится ровно, и все его части движутся в одном направлении. А теперь бросьте на пол горсть бисера и подуйте на неё — каждая бусинка полетит в свою сторону. Примерно так астрономы различают два типа крупных галактик: «волчки» (быстрые вращатели) и «бисер» (медленные, с беспорядочным движением звёзд).

В кухне Галактики есть рецепт звёздной похлёбки. Главный ингредиент — водород, но вкус блюда зависит от щепотки металлов. Астрономы впервые заглянули в кастрюли, где этой щепотки почти нет, и увидели: там не хватает самых маленьких звёзд.

В галактике Большое Магелланово Облако, что кружит вокруг нашего Млечного Пути, астрономы поймали пять звёзд, которые выглядят как ископаемые из очень далёкого прошлого. В них почти нет металлов — всего от одной сотой до одной тысячной доли того, что есть в Солнце, зато углерода в десятки раз больше.

Астрономы направили космический телескоп «Джеймс Уэбб» на три галактики, свет которых шёл до нас 12 миллиардов лет. Ранние данные указывали на невероятно быстрый рост — словно младенец за год достиг роста взрослого, — что противоречило расширению Вселенной.

В холодных облаках межзвёздного газа углерод прячется в молекулах угарного газа (CO), как сахар, растворённый в чае. Но рядом с горячими массивными звёздами этот «чай» вскипает: жёсткое излучение разрывает молекулы, и углерод выходит наружу одиночными атомами или ионами.

Когда Эдвин Хаббл открыл расширение Вселенной, а Вера Рубин — тёмную материю, каркас космологии казался прочным. Но телескоп JWST заглянул в такую древность, что увидел галактики-тяжеловесы там, где по расчётам должны быть лишь «саженцы».

В тёмной комнате ранней Вселенной вспыхнула первая искра. Через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, когда космос был заполнен лишь водородом и гелием, родились звёзды населения III — гиганты без металлов, чей свет впервые разорвал первозданную тьму.