собственное движение

Представьте спринтера, который на полной скорости огибает маяк, стоящий на краю обрыва. Каждый круг он проходит чуть иначе, потому что ветер от маяка слегка сносит его в сторону. В центре нашей Галактики есть звезда S301, которая мчится вокруг сверхмассивной чёрной дыры со скоростью 25 600 километров в секунду. Это в 14 раз быстрее, чем самый быстрый космический аппарат, созданный человеком.

Облако L1688 в созвездии Змееносца напоминает танцпол, где партнёры не всегда держатся за руки. Астрономы долго считали, что газ в молекулярных облаках движется вместе с молодыми звёздами, которые в нём рождаются. Но до сих пор никто не проверял это напрямую: измеряли только скорость газа вдоль луча зрения, а его поперечное смещение по небу оставалось невидимым.

Галактика напоминает город: в центре — яркие огни и плотная застройка, а к окраинам — редкие огни и пустота. Однако если проследить за вращением газа в галактическом диске, обнаружится, что на окраинах скорость почти не падает. Будто невидимые кварталы продолжают поддерживать движение. Астрономы нашли способ нанести этот невидимый город на карту.

Стелларатор — термоядерный реактор, напоминающий хитроумно скрученный магнитный кокон. Его задача — удержать раскалённую плазму, чтобы ядра водорода сливались и давали энергию. Но трёхмерная форма кокона создаёт щели: некоторые частицы вылетают наружу, особенно самые быстрые ионы, которые несут главный жар.

В самом центре Млечного Пути, вокруг невидимой сверхмассивной чёрной дыры, обращаются звёзды. Одна из них — S301 — совершает полный оборот всего за 8,7 лет. Её орбита представляет собой сильно вытянутый эллипс: в перицентре звезда почти вплотную приближается к чёрной дыре, а затем уносится прочь.

Художник делает быстрый набросок углём — и лицо на портрете уже узнаваемо. Астрофизики решают схожую задачу: спектр звезды — это её индивидуальный портрет, раскрывающий температуру, состав, силу тяжести. До недавнего времени для получения такого портрета требовалась кропотливая «живопись маслом» — код радиативного переноса в условиях отклонения от локального теплового равновесия (non-LTE).

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.

Межзвёздное пространство — не космическая пустыня, а сверхскоростная автострада. Триллионы астероидов и комет из других систем мчатся мимо нас, но телескопы-камеры ловят лишь единицы. Представьте ночное шоссе: фары далёкой машины ярко вспыхивают, но если она проносится слишком быстро, затвор камеры не успевает щёлкнуть.

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.

Галактика похожа на гигантскую карусель: звёзды и газ кружатся вокруг центра, и скорость их движения выдаёт, сколько всего вещества в этой карусели. Если бы мы видели только светящуюся материю, внешние части вращались бы медленнее, чем показывают наблюдения. Значит, есть невидимая масса — тёмная материя, которая держит галактику вместе.

Звезда вроде Солнца гудит, как колокол: внутри неё звуковые волны заставляют поверхность едва заметно дрожать. По этой дрожи астрономы, словно врачи по пульсу, судят о температуре, плотности и возрасте звезды. Но телескоп «Кеплер» заметил странность: у многих звёзд, которые крутятся быстро и покрыты пятнами, дрожи не слышно. Будто у них пропал голос.

Спина болит — и врач просит наклониться вперёд и назад, чтобы увидеть, как ходят позвонки. Обычно для этого делают серию рентгеновских снимков: они показывают движение, но только в плоскости, как тень на стене. А объёмные методы, вроде компьютерной томографии, не успевают за движением.

Молодая звезда, ещё не зажёгшая термоядерную печь, окружена вращающимся диском из газа и пыли. Чтобы набрать массу, ей нужно избавляться от лишнего вращения — иначе вещество не упадёт на звезду, а останется кружиться по орбите. Обычно этот избыток уносится двумя узкими струями газа, которые бьют с полюсов звезды в противоположные стороны, как два фонтана.

В холодных облаках газа и пыли, где когда-нибудь зажгутся звёзды, часть атомов потеряла электроны и стала заряженной. Заряженные частицы чувствуют магнитное поле, а нейтральные — нет, поэтому одни проскальзывают сквозь другие, как вода сквозь сито. Астрономы измерили скорость этого проскальзывания: около ста метров в секунду. Немало — быстрее гоночной машины. Но почему именно столько?

Космический телескоп Gaia измерил, насколько быстро крутятся более ста тысяч звёзд. Оказалось, что скорость вращения зависит от температуры звезды. У звёзд холоднее 6500 градусов поверхность движется со скоростью 10–20 километров в секунду. Но стоит звезде стать горячее, как скорость резко подскакивает до 100 километров в секунду.

Солнечная система совершает полный оборот вокруг центра Млечного Пути за 210 миллионов лет. В последний раз мы были на этой же стороне Галактики, когда по Земле бродили ранние динозавры. Эту цифру — 243.72 км/с — удалось уточнить благодаря редким звёздам, которые проносятся сквозь Галактику как пушечные ядра.