области звездообразования

Река, нарисованная на карте, — всегда одна линия. Но встань на берег, и увидишь: внутри русла есть струи побыстрее, водовороты, рукава, которые то сливаются, то расходятся. Космическая паутина — та же река, только из тёмной материи, и до недавнего времени астрономы рисовали её одной линией.

Взрыв массивной звезды, сверхновой, — это не просто яркая вспышка, а мощный удар по окружающему газу, который может запускать волны звёздообразования. Однако до сих пор никто не исследовал, как сам газ движется в местах таких взрывов.

В печи звездообразования жар достигает 900 градусов — как в раскалённой доменной печи. Именно в таком пекле рождаются космические кристаллы. Астрономы впервые зафиксировали момент, когда кристаллическая пыль появляется непосредственно во время аккреционной вспышки у очень молодой звезды EC 53, ещё укутанной в плотный газовый кокон.

Камень падает в спокойную воду — и по глади расходятся ровные кольца. Если же камень не просто падает, а ещё и вращается, на поверхности появляются маленькие воронки — вихри. Свет умеет делать то же самое, только вместо воды — само пространство и время.

Космос похож на шёлковую ткань с проступающими нитями тёмной паутины. Настоящие полотна мы видим лишь крохотными лоскутами — сквозь телескопы, в реальных каталогах галактик. Чтобы отделить во вселенском узоре фундаментальный сигнал от астрофизических помех, статистический анализ требует тысячи правдоподобных эскизов — синтетических карт неба. Но как их создать?

В ранней Вселенной, всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, астрономы видят странные объекты — маленькие красные точки. Они компактны, красны, а в их спектрах широкие бальмеровские линии кричат о присутствии сверхмассивных чёрных дыр. Но как дыра успела набрать миллионы солнечных масс за столь короткое время?

В 2016 году астрономы увидели невероятное: далёкая звезда, названная Икаром, на несколько недель вспыхнула, преодолев бездну пространства. Сработало гравитационное линзирование — эффект, предсказанный Эйнштейном: массивный объект искривляет пространство-время и фокусирует свет, словно гигантская лупа.

Туманность Ориона — витрина астрофизики, лаборатория по изучению звездообразования у нас под боком. Более века её свет расщепляют в спектры, и каждая запрещённая линия шепчет свою версию того, сколько электронов в кубическом сантиметре. Но версии не совпадают: сера твердит одно, кислород — другое, азот шепчет невообразимое.

Космический спектакль разворачивается на сцене галактики Центавр A. В главной роли — сверхмассивная чёрная дыра с мощным джетом, который пронзает пространство на сотни тысяч световых лет.

В юной Вселенной, около десяти миллиардов лет назад, галактики напоминали бескрайние поля после грозы: повсюду, вскипая, всходили гигантские — в тысячи световых лет — сгустки звездорождения, где молодые звёзды нарождались с безудержной энергией. Сегодня эти участки — почти исчезнувший вид: в окрестных галактиках буйные очаги встречаются редко.

Посмотрите на равносторонний треугольник — вероятностный симплекс для трёх активов. Каждая точка внутри — это портфель: неотрицательные доли, в сумме единица. Центр треугольника, барицентр, соответствует равномерному распределению капитала (1/3, 1/3, 1/3). Кажется, что, приближаясь к этой точке, вы снижаете риск и избегаете опасных границ.

Представьте лес, посаженный в один-единственный день. С виду все деревья одинаковы, но их спилы рассказывают разные истории: одни росли на чистой почве, другие — на пепле древних пожаров. Астрономы провели подобный «спил» для шарового скопления M92 — и обнаружили химическую память о сверхновых, взорвавшихся миллиарды лет назад.

Раскалённый бульон ранней Вселенной остывал неравномерно. В какой-то момент в нём начали лопаться пузырьки новой фазы — как пузырьки пара в закипающей воде. Только эти пузырьки были не из пара, а из нового состояния материи, в котором частицы тёмного сектора слиплись в более крупные комки. Так и могла родиться тёмная материя.

Космический телескоп Джеймса Уэбба заглянул в эпоху, когда расширение Вселенной растянуло свет далёких объектов в красную область, и обнаружил россыпь странных источников — «маленькие красные точки». Их спектры ломали привычные шаблоны: в ультрафиолете они голубые, а в оптике — багровые, словно сквозь вишнёвую пелену.

Когда космический телескоп Джеймса Уэбба направил свой взор вглубь времён, астрономы ожидали увидеть привычные галактики. Но вместо этого снимки запестрели россыпью ярких, невероятно компактных красных точек.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» заглянул в эпоху, когда Вселенной было меньше миллиарда лет, и обнаружил там сотни странных объектов. Крошечные, но ослепительно яркие, они сияли глубоким красным цветом — словно раскалённые угли, разбросанные по чёрному бархату космоса.

Костёр, который никто не видит, но все чувствуют тепло — именно так астрономы нашли вспышку в далёкой галактике. Не по свету, а по инфракрасному излучению разогретой пыли. Галактика с номером SDSS J010320.39+140152.5 привлекла внимание, когда её середина внезапно засияла в инфракрасном диапазоне — словно кто-то подбросил дров в невидимый огонь.

В сердце туманности Орёл, на расстоянии около 7000 световых лет от нас, высятся три исполинских газопылевых колонны — Столпы Творения. Их форма знакома многим по снимкам телескопа Хаббл. Теперь же инфракрасная камера Уэбба позволила заглянуть внутрь этих плотных коконов, где рождаются звёзды.

Когда массивная звезда исчерпывает термоядерное топливо, её ядро стремительно сжимается — коллапсирует, порождая чёрную дыру, окружённую аккреционным диском из раскалённой плазмы. Чтобы из этого диска вырвались узкие релятивистские струи — джеты, необходимо крупномасштабное упорядоченное магнитное поле.

Вселенная ведет учет каждому новорожденному светилу. За 13,8 миллиарда лет в галактиках зажглось столько звезд, что по их «переписи» можно судить о характере самого космоса — как по годовым кольцам дерева судят о климате прошлых лет.

На окраине Млечного Пути есть звёзды, которые движутся против общего потока — как машины, едущие по встречной полосе. Раньше считалось, что все они — остатки одной карликовой галактики, которую наша Галактика разорвала и поглотила. Но новое исследование показывает: таких «встречных» галактик было несколько.

Новорождённая звезда похожа на кухонный миксер: она взбивает окружающее облако, и во все стороны летят брызги. Только вместо теста — газ и пыль. Раньше астрономы видели лишь газовые струи, а пыль считали слишком хрупкой: ударная волна должна разбивать пылинки на атомы.

В большом облаке газа, где рождаются звёзды, силовые линии магнитного поля выстроены примерно в одном направлении — как волокна в куске войлока. Но стоит заглянуть внутрь, в плотные сгустки, из которых потом получатся звёзды, и картина меняется: там линии закручены в разные стороны, словно клубок ниток после игры котёнка. Астрономы измерили направления поля в 79 таких сгустках в 14 разных облаках.

В холодных облаках межзвёздного газа тянутся длинные плотные нити. В них, как в переполненных инкубаторах, зреют будущие звёзды. Долгое время считалось, что внутри таких нитей всё подчинено гравитации: вещество плавно стекается к центрам, где плотность растёт и в конце концов вспыхивает звезда. Но новые наблюдения показывают иную картину.

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.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) зафиксировал в ранней Вселенной компактные, но аномально яркие объекты с красным смещением. Их светимость в сотни раз превышает типичные показатели для галактик той эпохи. Астрофизики полагают, что внутри скрываются чёрные дыры с массами порядка миллиардов солнечных.

Сразу после Большого взрыва, концепцию которого предложил Жорж Леметр, космос представлял собой тёмный «бульон» из водорода и гелия — лёгких элементов, возникших в первые минуты существования Вселенной.

В холодных газовых облаках, где рождаются звёзды-гиганты, всё кипит от движения. Газ сжимается, закручивается, дробится на сгустки — будущие звёзды. Долгое время считалось, что порядок здесь наводит магнитное поле: оно, как невидимые нити, вытягивает сгустки поперёк себя. Но новые наблюдения показали обратное. Астрономы навели радиотелескоп ALMA на 30 областей, где формируются массивные звёзды.

Когда массивная звезда исчерпывает топливо, её ядро схлопывается, а ударная волна мчится наружу. Но ещё до того, как звезда разорвётся, в её недрах могут рождаться частицы, которые почти не взаимодействуют с обычным веществом. Если они распадаются на свет, то энергия уходит в плотный газ вокруг звезды. Этот газ, словно одеяло, окутывает звезду.

Вселенная похожа на гигантскую паутину: галактики не разбросаны как попало, а собраны в узлы и вдоль нитей. Внутри нитей много газа, и именно там чаще всего вспыхивают новые звёзды. Но как это менялось со временем? Учёные сравнили данные из компьютерной модели и реальные наблюдения за тысячами галактик.

Голубые звёзды-гиганты обычно рождаются в тесных звёздных яслях — рассеянных скоплениях внутри тонкого диска нашей Галактики. Но иногда такие звёзды находят высоко над диском, словно выброшенных из дома. Как они там оказались?

В холодном и тёмном облаке газа, где только начинает формироваться звезда, телескоп ALMA разглядел необычное кольцо. Оно состоит из газа, который теплее и плотнее окружающей среды. Раньше такие детали не удавалось увидеть, потому что газ в центре облака непрозрачен для обычных наблюдений.

Внутри холодных облаков газа и пыли, где загораются новые звёзды, астрономы разглядели неожиданно тонкие структуры. Телескоп ALMA, работающий в миллиметровом диапазоне, позволил увидеть более 323 сверхтонкие пылевые нити внутри 121 массивного сгустка. Эти сгустки разбросаны по всей нашей Галактике — от центра до окраин, на расстояниях от 0,5 до 12,7 килопарсек от центра Млечного Пути.

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 радиоданных неба, как на старой фотоплёнке, проявились две светлые полосы газа. Они движутся с разными скоростями, но висят рядом с одной и той же тусклой звездой. Звезда и полосы оказались внутри огромного пустого пузыря в межзвёздном газе. Этот пузырь — как выдутый мыльный шар, оставшийся после взрыва древней сверхновой.

Радиотелескоп поймал сигнал от трёх галактик, которые существовали, когда Вселенной было меньше миллиарда лет. Их радиосвечение такое мощное, будто в каждой за короткий срок родилось по тысяче солнц в год. Для сравнения: наш Млечный Путь рождает всего пару звёзд за год. Радиоволны свободно проходят сквозь пыль, которая прячет молодые звёзды в оптике.

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.

Скопление галактик похоже на оживлённый перекрёсток, где машины-галактики мчатся сквозь встречный ветер из горячего газа. Этот ветер, называемый давлением набегающего потока, срывает с галактик запасы холодного газа — топливо для рождения звёзд. Астрономы из обзора SAMI проследили, как это происходит, у сотен галактик в восьми близких скоплениях.

В галактиках Антенны, которые врезаются друг в друга, гигантские облака газа столкнулись на скорости 50 километров в секунду. Это как два поезда, несущиеся навстречу, — удар сжал газ, и он загорелся новыми звездами. Ученые направили на место столкновения радиотелескоп ALMA и увидели два облака, которые еще недавно были одним целым.

В тёмном облаке G318.049+00.086, где ещё нет ни одной звезды, пыль и газ выстроились в четыре длинные нити. Они сходятся в плотный центральный узел — как четыре реки, впадающие в озеро. По этим нитям к центру течёт газ: скорость потока достигает 10–20 километров в секунду на каждый парсек длины. Это значит, что в узел каждый миллион лет прибывает больше тысячи солнечных масс вещества.