массивная звезда

Самые массивные звёзды напоминают перекачанные воздушные шары: их оболочка перестаёт растягиваться и вместо этого начинает стремительно терять вещество. На определённом этапе потеря массы становится столь интенсивной, что звезда прекращает увеличиваться в размерах.

Восемьсот миллионов лет после Большого взрыва — и в сердце молодой галактики уже бьётся чудовищный мотор. Чёрная дыра массой в десять миллиардов солнц пожирает вещество так жадно, что её излучение должно затмить всё вокруг. Но снаружи тишина.

В тишине холодных молекулярных облаков, где межзвёздный газ под действием гравитации сжимается в плотные сгустки, рождение массивных звёзд — одна из главных загадок астрофизики. Казалось бы, мощное излучение новорождённого гиганта должно разметать окружающее вещество, прекращая его рост.

В гигантской космической колыбели — туманности Тарантул — астрономы присмотрелись к 122 массивным звёздам. Каждая тяжелее Солнца в 30 раз и больше. Измерили содержание азота в их атмосферах — и картина оказалась неожиданной.

Долгие годы Солнце дразнило астрофизиков. В его атмосфере тугоплавких элементов — словно пряностей в базовом рецепте — было чуть меньше, чем у почти идентичных звёзд-двойников. Возникло подозрение: уж не скромничает ли наша звезда, отказавшись от планетарного «десерта», который с аппетитом поглощают другие?

Массивные звёзды — это космические титаны, чья жизнь проходит под знаком неукротимой энергии. Когда такая звезда вступает в фазу B[e]-сверхгиганта, её излучение настолько мощно, что, казалось бы, способно распылить любую молекулу на атомы.

Стандартная космологическая модель ΛCDM, где тёмная материя и тёмная энергия выступают главными архитекторами мироздания, десятилетиями предсказывала астрономические данные с точностью швейцарского хронометра. Её фундамент закладывали три гения. Жорж Леметр предположил расширение из сверхплотного «атома».

Рождение планет напоминает работу небесной кузницы. Каменные глыбы — планетезимали — сталкиваются, сплавляясь воедино под действием гравитации. Сильный удар высекает искру: вещество раскаляется добела и светится, подобно остывающему металлу.

Галактика NGC 1277 похожа на старую книгу, которую никто не открывал миллиарды лет. Она сформировалась быстро, на заре Вселенной, и с тех пор почти не менялась — не сталкивалась с соседями, не наращивала новые слои.

На периферии Солнечной системы скрываются тысячи объектов, сопоставимых по размеру с экзопланетой — телом планетарной массы, не привязанным к нашей звезде. Их орбиты хаотичны, и время от времени траектория такого странника пересекается с путём Земли.

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.

В оркестре каждый музыкант играет свою партию, но в определённый момент все инструменты замирают на одной ноте. Примерно так ведут себя космические лучи — частицы, летящие к нам от далёких звёзд.

Астрономы выделяют два основных класса чёрных дыр: компактные объекты звёздных масс — остатки вспышек сверхновых, и сверхмассивные гиганты в центрах галактик. Однако в этой картине зияет пробел: куда исчезли чёрные дыры промежуточной массы — в сотни и тысячи солнечных?

Две лампы в витрине: одна светит холодным голубоватым светом, другая — чуть теплее, желтее. Примерно так же выглядят два типа сверхновых — Ib и Ic, — когда астрономы смотрят на них в телескоп. Обе вспыхивают в конце жизни массивной звезды, которая успела сдуть с себя водородную оболочку, как одуванчик теряет пушинки.

Звёзды с массами, превышающими Солнце в десятки раз, умирают не так, как предполагалось ранее. Компьютерное моделирование показало: их ядро часто не вспыхивает сверхновой — типичным для массивных звёзд взрывным финалом, а быстро схлопывается в чёрную дыру — область пространства-времени, гравитация которой не выпускает даже свет.

В ранней Вселенной плотность звёздных скоплений была столь высока, что в них формировались исполинские звёзды размером с Солнечную систему. Если бы такой гигант занял место Солнца, его внешняя граница простиралась бы до орбиты Юпитера.

Свет двух галактик, пойманный телескопом «Джеймс Уэбб», шёл к нам 13 миллиардов лет, отправившись в путь всего через 600 миллионов лет после Большого взрыва.

В огромном тёмном зале кто-то невидимый задевает струны. Космический газ — разреженный водород, заполнявший юную Вселенную, — похож на натянутые струны, которые могут звучать на радиоволне длиной 21 сантиметр. Это водород шепчет о своей температуре.

Поток раскалённого газа мчится от звезды — и вдруг глохнет, словно налетев на невидимую стену. Именно это увидели исследователи, когда попробовали воспроизвести звёздный выброс в лабораторном масштабе. Они взяли лазер, создали струю плазмы и пустили её через магнитное поле — сначала слабое, а потом сильное, как у многих звёзд.

Повар добавляет в тесто больше сахара — и пирог получается другим. Так и звезда: состав её «теста» — облака газа и пыли, из которого рождаются планеты, — определяет, какие миры появятся вокруг неё.

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.

Свет далёкого квазара — яркого ядра галактики — проходит мимо массивной галактики и искривляется, как луч фонарика через неровное стекло. Если линза и источник выстроены почти идеально, мы видим не один квазар, а несколько его копий.

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

В недрах массивной звезды перед взрывом слои лежат друг на друге, как пласты в луковице. Иногда два соседних слоя — углеродный и кислородный — перемешиваются. Это похоже на то, как в кастрюле с супом сливаются слои бульона и овощей, если их помешать ложкой. Такое перемешивание меняет, какие химические элементы звезда выбросит в космос при взрыве.

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.

Земля в юности напоминала пчелиный улей: она росла, слипаясь из бесчисленных каменных глыб. Когда основная стройка закончилась, на молодую планету обрушился поздний рой метеоритов — так называемая поздняя облицовка. Эти удары, как думали учёные, принесли в верхние слои Земли платину, золото и другие редкие металлы.

На южном небе ярко сияет звезда Акрукс — самая нижняя точка созвездия Южного Креста. Это не одна звезда, а целая семья. Новые наблюдения показали, что в ней не пять, а семь звёзд, связанных гравитацией, как дети, держащиеся за руки в хороводе. Раньше астрономы знали, что в центре системы находятся две яркие звезды — Альфа-1 и Альфа-2, а вокруг них кружат ещё три более тусклые.

Свет каждой звезды — это её уникальный паспорт, но записи в нём сделаны на языке спектров и цветов. Для старых гигантов такие документы почти неотличимы: их спектры накладываются друг на друга, и расшифровать детали вручную было практически невозможно.

Чёрные дыры с массой, превышающей триллион солнечных, ведут себя подобно исполинским космическим зонтам. Они отбрасывают тень на тусклое послесвечение Большого взрыва — реликтовое излучение, древний свет, равномерно заполняющий всё небо.

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.

На Солнце время от времени происходят вспышки — мощные выбросы энергии, которые длятся минуты или часы. Большинство из них случайны, как удары капель дождя по крыше. Но иногда одна вспышка словно поджигает другую: вторая начинается почти сразу после первой, хотя они находятся в разных местах. Астрономы называют это симпатическими вспышками.

Космический телескоп TESS следит за тысячами звёзд и ловит момент, когда планета проходит по диску своей звезды — тогда свет звезды чуть-чуть гаснет. Так астрономы заметили две планеты возле звёзд, похожих на наше Солнце. Одна из них, TOI-883 b, делает оборот вокруг своей звезды за десять дней, другая, TOI-899 b, — почти за тринадцать.

Звезда в девять раз тяжелее Солнца зажигает вокруг себя зону, где на планете могла бы плескаться жидкая вода. Но эта зона — как узкая полоса пляжа во время отлива: через 30 миллионов лет она исчезнет. Такие звёзды живут ярко и умирают молодыми, не оставляя жизни времени на долгий путь от микробов до сложных существ.

Галактика CEERS2-588 вспыхнула, как костёр, в который разом бросили охапку дров. Через 400 миллионов лет после Большого взрыва она уже нарастила массу в миллиард солнц и зажгла множество звёзд. Но потом топливо кончилось — и за последние 10 миллионов лет звездообразование в ней почти полностью остановилось.

Две звезды кружатся друг вокруг друга, как пара фигуристов на льду. Обе похожи на Солнце, но одна из них светит ярче и раздулась, а вторая осталась компактной. Астрономы заглянули в их свет с помощью спектрографов — приборов, раскладывающих свет по цветам, — и обнаружили странность: одна звезда явно беднее тяжелыми элементами, чем другая.

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.

Красный гигант похож на воздушный шар, который медленно выпускает газ. Звезда раздувается, её внешние слои слабеют, и звёздный ветер уносит массу в космос. Но сколько именно теряет звезда? Это важный вопрос: от ответа зависит, каким станет её остаток — белый карлик, нейтронная звезда или чёрная дыра.

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 2014 году астрономы зафиксировали в галактике Андромеды массивную жёлтую звезду. К 2022 году она исчезла без следа — без характерного ослепительного взрыва сверхновой, словно кто-то выключил свет. Учёные предположили, что ядро звезды тихо схлопнулось в чёрную дыру, но окончательный ответ дали новейшие инструменты.

Некоторые звёзды заканчивают свой путь не грандиозным взрывом, а тихим исчезновением — словно бракованный фейерверк, который вместо яркой вспышки оставляет лишь облако дыма. Обычно массивная звезда завершает эволюцию вспышкой сверхновой сверхновая, после которой остаётся компактный объект — например, чёрная дыра чёрная дыра.