перенос массы

Нейтронная звезда — это компактный остаток массивной звезды после вспышки сверхновой. Вещество в ней сжато до ядерной плотности: чайная ложка такого материала весила бы как гора. В этих экстремальных условиях протоны и нейтроны упакованы вплотную, и при колоссальном давлении могут рождаться гипероны — барионы, содержащие странный кварк.

Две звезды обращаются вокруг общего центра масс, словно танцоры, которые то сближаются, то расходятся вновь. Со временем одна из них разбухает, и её внешние слои — разреженная газовая оболочка — перетекают на соседку. Звезда, принявшая чужое вещество, внешне неотличима от одиночной: ни по светимости, ни по массе напрямую не распознать её двойную природу.

Воздушный шарик, из которого рывками выходит воздух, мечется по комнате — струя бьёт то в одну сторону, то в другую. Так же ведёт себя умирающая звезда, когда сбрасывает раздутую оболочку. Только вместо воздуха — раскалённый газ, а вместо шарика — будущий белый карлик (плотный остаток звезды размером с Землю, в котором вещество сжато до экстремальных плотностей).

Вокруг молодой звезды, только начинающей свою термоядерную жизнь, вращается вихрь пыли и газа — протопланетный диск. Он растёт, аккрецируя (собирая) вещество из окружающего молекулярного облака.

В глубинах молекулярных облаков прячутся природные усилители — космические мазеры. Они работают как лазеры, но в радиодиапазоне: возбуждённые молекулы дружно испускают волны одной частоты, создавая яркий луч. Проблема в том, что у таких молекул часто есть несколько путей сбросить энергию. Один ведёт к усилению, другой — как дыра в ведре — быстро сливает запас вхолостую.

Газовый диск весом в четыреста тысяч солнц опоясывает сверхмассивную чёрную дыру в центре Млечного Пути. Его притяжение работает как гравитационный руль: медленно, но неотвратимо разворачивает орбиты двойных звёзд, загоняя их в область, где приливные силы разрывают пару на части.

Почти два месяца требуется звёздной паре J05+50, чтобы завершить один оборот вокруг общего центра. С Земли она выглядит как слабая точка в созвездии Геркулеса — 4625 парсек от нас. Фотометрия с двойной звезды фиксирует лишь мерное покачивание яркости, словно пульс огромного сердца.

Два фигуриста на застывшем до горизонта озере. Они так далеко, что силуэты превратились в точки, а их взаимное притяжение — почти богословский концепт. По заветам Ньютона, они обязаны кружиться в умозрительно медленном вальсе. Но телескопы видят иное. Пары кружат быстрее, будто лёд сам дышит под ними, сообщая ускорение, которого там быть не должно.

Четверть века назад Мишель Майор и Дидье Кело открыли первый горячий юпитер — и сломали все каноны планетообразования. Газовый гигант на орбите в считанные дни не мог вырасти рядом со звездой: там слишком жарко и нет строительного материала. Значит, он родился далеко, а затем мигрировал.

В центре Млечного Пути, там, где безраздельно властвует сверхмассивная чёрная дыра Стрелец A* (чья метрика была впервые получена Карлом Шварцшильдом), звезда S4714 совершает головокружительный вояж.

Планета размером с Нептун подошла слишком близко к своей звезде. Звезда начинает перетягивать на себя верхние слои планеты — газ стекает с неё, как вода из переполненного ведра. Этот процесс называют перетеканием через полость Роша (так астрономы обозначают границу, за которой звезда уже может отрывать вещество от планеты).

Два камня падают в пруд. От каждого расходятся круги, но стоит им столкнуться — возникает всплеск и короткий звонкий удар. Примерно так же звучит слияние двух нейтронных звёзд — сверхплотных остатков взорвавшихся светил.

Представьте канатоходца, балансирующего над пропастью. Каждый шаг меняет натяжение каната, и малейший сдвиг центра тяжести может оказаться роковым. Примерно так выглядит танец обычной солнцеподобной звезды вокруг чёрной дыры в десять солнечных масс, если орбита сильно вытянута.

Детекторы регистрируют «рябь» пространства-времени — гравитационные волны, порождённые слиянием чёрных дыр или нейтронных звёзд. Это словно эхо кухни, где готовилось космическое блюдо. Астрономы пытаются восстановить рецепт: как две массивные звезды превратились в экзотическую пару и столкнулись.

Два фигуриста кружатся на льду. Один — лёгкий и осторожный, почти не крутится. Другой — массивный и быстрый, вращается изо всех сил, да ещё и в разные стороны. Примерно так выглядит картина, которую нарисовали гравитационные волны от слияния чёрных дыр.

В космосе часто встречаются пары сливающихся чёрных дыр, где одна заметно массивнее другой. Эта разница в весе — не просто цифра, а ключ к их общей истории. Астрофизики изучили канал стабильного переноса массы — процесс, при котором вещество с одной звезды плавно перетекает на другую, не разрушая систему.

Маяк мерцает строго раз в секунду. Если он движется по кругу, его вспышки приходят то чуть раньше, то чуть позже — и выдают невидимого напарника. Именно так астрономы разоблачили скрытого компаньона у звезды IY Лиры. IY Лиры — пульсирующая переменная звезда в толстом диске Галактики. Её блеск меняется с периодом около полусуток: звезда ритмично раздувается и сжимается.

Две чёрные дыры — сверхмассивные объекты, чья гравитация не выпускает даже свет, — обращаясь друг вокруг друга, ведут себя подобно лодке, которая гребёт звёздами. Каждая пролетающая мимо звезда, захваченная гравитацией пары, отбрасывается прочь, словно гребок веслом, и передаёт системе импульс.

Свежий урожай гравитационных волн принёс загадку. Детекторы LIGO, Virgo и KAGRA поймали десятки сигналов от сливающихся чёрных дыр, и на графике их масс зияет провал: объектов тяжелее 45 Солнц почти нет, а те, что есть, крутятся подозрительно быстро. Кто-то говорит — звёзды-гиганты взрываются слишком «чисто», не оставляя после себя ничего.

На нейтронную звезду — сверхплотный остаток взорвавшейся звезды — падает газ. Этот газ накапливается на магнитных полюсах и образует гору. Но гора на нейтронной звезде не похожа на земную: она удерживается не камнем, а силовыми линиями магнитного поля, как железные опилки на магните. Когда газа становится слишком много, гора начинает разрушаться.

Две звезды кружатся вокруг общего центра, поглощая газ из окружающего облака. Вокруг каждой звезды и вокруг всей пары образуются вращающиеся диски газа. Из этих дисков, как из шлангов, вырываются струи. Внутри дисков газ постоянно перемешивается — так работает магнитная неустойчивость.

Молодые планетные системы похожи на оркестр, который только что начал репетицию: все музыканты стараются играть в одном ритме. Астрономы, наблюдая за ними через телескоп TESS, заметили, что планеты у молодых звёзд часто движутся синхронно — их орбиты выстроены так, что на каждые два оборота одной планеты приходится ровно один оборот другой.

Два тусклых уголька кружатся в темноте так близко, что один начинает срывать с другого раскалённые куски. Так выглядит система ZTF J1239+8347, которую поймал телескоп Zwicky Transient Facility. Это два коричневых карлика — объекта тяжелее планет, но слишком лёгких, чтобы зажечь термоядерный огонь, как у Солнца.

Кусок сахара лежит на блюдце рядом с чашкой горячего чая. Если уронить его в чай, он растворится за минуты. Но если медленно опускать, сахар тает постепенно, отдавая сладость напитку. Похожее происходит в двух недавно открытых звёздных парах, только вместо сахара — коричневый карлик, а вместо чая — звезда.

Две тусклые звезды кружатся так близко, что одна перетягивает вещество с другой, как ложка, которой аккуратно снимают пенку с бульона. Астрономы впервые просчитали судьбу таких пар — ультрахолодных и коричневых карликов, самых холодных и тусклых обитателей галактики. Раньше считалось, что обмен массой между ними невозможен: слишком хрупкие.

Ночью на пустынной дороге фонарь мигает редко, но сразу на всю мощность. Так ведут себя звёзды типа WZ Sge: годами тлеют еле заметно, а потом разом вспыхивают в сотни раз ярче. Астрономы решили проверить, что происходит в их газовых дисках в спокойное время — и нашли там почти пустоту. Диск вокруг такой звезды похож на очень тонкое облако: он прозрачен для света, как оконное стекло.

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.

Астрономы 39 лет записывали, как звезда BE Рыси то разгорается, то гаснет. Её свет пульсирует с ритмом в несколько часов — как маяк, который мигает без остановки. Но в этом ритме нашёлся сбой: иногда вспышки приходили чуть раньше, иногда чуть позже. Звезда то приближалась к Земле, то отдалялась — словно её кто-то тащил по кругу. Выяснилось, что BE Рыси не одинока.

В звёздном скоплении, как в переполненном танцполе, массивные звёзды редко остаются в одиночестве. Чаще всего они кружатся в парах или тройках, и расстояние между ними может быть меньше, чем от Земли до Солнца. Но как им удаётся так тесно прижаться друг к другу? Моделирование показало: всё дело в диске из газа и пыли, который окутывает пару.

Молодая двойная звезда IRS 44 в созвездии Змееносца напоминает оживлённую кухню: потоки газа, как струи теста, падают на вращающийся диск, и в месте удара рождается жар. Новые наблюдения с высоким разрешением впервые показали, что именно эти столкновения — причина необычного свечения молекул серы.

Две звезды кружатся в тесном танце. Одна — нейтронная звезда, сверхплотный шар размером с город, но массой как полтора Солнца. Вторая — обычная звезда, которая раздувается и переливает своё вещество на соседку. Иногда этот перелив идёт слишком быстро, и звёзды окутывает общая газовая оболочка — как две ложки в одной кастрюле с кипящим супом.

Короткие гамма-всплески — это колоссальные взрывы, за доли секунды выбрасывающие энергию, сопоставимую с той, что наше Солнце излучит за миллиарды лет. Традиционно их источником считают чёрную дыру с аккреционным диском из раскалённой плазмы, образующуюся при слиянии двух нейтронных звёзд — сверхплотных остатков массивных светил.