перекос орбит звёзд и планет

В густом облаке газа и пыли, где рождаются массивные звёзды, две молодые звезды недавно прошли очень близко друг от друга. Их танец длится всего около шестидесяти лет, и астрономы впервые увидели его в деталях.

Астрономы ловят далёкие планеты по дрожи их звёзд: невидимый спутник тянет звезду то к нам, то от нас, и свет её слегка меняет окраску. Но эта дрожь сообщает лишь половину правды. Если орбита планеты наклонена к лучу зрения, раскачивается только часть её веса — и в телескоп видна не настоящая масса, а её тень. Переводчик отвлекается на каждый шорох в зале — и час совещания превращается в два.

В 2015 году детекторы LIGO впервые поймали дрожь пространства от слияния двух чёрных дыр. С тех пор таких событий накопились сотни, и каждое несёт отпечаток своей родословной: родились ли дыры рядом, из одной пары звёзд, или встретились случайно в тесном скоплении. Разница видна по тому, куда смотрят их оси вращения. Если звёзды росли вместе, приливные силы выстраивают их спины, как стрелки компаса на север.

Это как рекорд в беге на короткую дистанцию: чтобы побить его, нужна идеальная разбежка. Но у субмиллисекундных пульсаров разбежка слишком коротка. Самый быстрый известный пульсар PSR J1748-2446ad делает 716 оборотов в секунду — быстрее кухонного блендера. Если бы он был размером с Землю, точка на его экваторе двигалась бы со скоростью около 0,24 скорости света.

В 26 000 световых лет от Земли, в сердце Млечного Пути, звезда S301 мчится сквозь пространство на скорости 18 000 километров в секунду. Она огибает сверхмассивную чёрную дыру Sgr A* по вытянутой орбите. В точке наибольшего сближения звезду отделяют всего 280 гравитационных радиусов — примерно как от Солнца до Урана. Для сравнения, предыдущий рекордсмен S2 держался вдесятеро дальше.

Астрофизики десятилетиями выстраивали стройную картину: галактика, подобно гигантской карусели, вращается в едином ритме, и расположенная в её центре сверхмассивная чёрная дыра наследует этот танец.

Тёмная материя остаётся одной из величайших загадок современной физики. Ещё Вера Рубин, наблюдая вращение галактик, доказала, что видимого вещества недостаточно, чтобы удержать звёзды от разлёта.

В мире, стремящемся к хаосу, иногда рождается ритм. Химическая реакция Белоусова–Жаботинского десятилетиями поражает воображение: в пробирке сами собой бегут цветные волны, словно живой организм, дышащий материей. Нечто подобное таится в кристаллах, где атомы железа балансируют между двумя магнитными ипостасями — высокоспиновой и низкоспиновой.

В 460 световых годах от нас, вокруг звезды HD 135344B, кружит плотный газопылевой диск. Он похож на гигантскую грампластинку, которую кто-то надломил: в диске зияет разрыв, а через него, словно тонкий мост, тянется пылевая нить. Рядом с этой нитью в рассеянном свете заметна закрутка — изгиб спирального рукава, будто его на мгновение придержали, а потом отпустили.

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.

В аккреционных дисках, опоясывающих ядра активных галактик — квазаров, открытых ещё Маартеном Шмидтом в далёких 1960-х, — бурлит река из раскалённого газа и пыли. В её заводях, где утихают турбулентные потоки, вопреки всему рождаются планеты.

Две нейтронные звезды — сверхплотные остатки массивных светил — кружатся в последнем танце. Если их собственное вращение совпадает с движением по орбите, партнёры сливаются аккуратно, выбрасывая узкий луч раскалённого вещества. Если же они крутятся навстречу — танец ломается, разбрасывая густую пелену обломков.

Уличный фонарь мигает, когда мимо проходит человек. Примерно так ведёт себя ближайшая к нам звезда — Проксима Центавра. Она вспыхивает в ответ на движение своих планет. Астрономы наблюдали эту звезду с помощью очень чувствительного прибора — спектрографа ESPRESSO. Он ловит свет и раскладывает его по цветам, как призма.

Два стремительных потока заряженных частиц сталкиваются — и магнитные силовые линии начинают рваться и пересоединяться. Этот процесс питает вспышки на Солнце и полярные сияния. Обычно считалось, что все частицы ведут себя одинаково, как пули из одного ружья. Но у каждой частицы есть крошечный волчок — собственное вращение, или спин.

Огромный вращающийся блин из газа и пыли окружает молодую звезду. В таком «родильном доме» для планет часто видят кольца и промежутки — будто невидимый плуг прочертил борозды. Обычно их связывают с уже сформировавшимися планетами, которые своей гравитацией расчищают дорожки.

Карусель кружит всех лошадок в одну сторону, но одна упрямо скачет навстречу остальным. Именно так ведёт себя планета TOI-1710 b вокруг своей звезды. С помощью инструментов HARPS-N и GIANO-B астрономы измерили её наклон — 149 градусов. Это почти разворот на 180, то есть планета летит по орбите «задом наперёд» относительно вращения светила. Такое обратное движение называют ретроградным.

Вокруг молодых звёзд кружатся диски из газа и пыли — строительный материал для будущих планет. Внутри этих дисков пылинки не просто летают как попало: они выстраиваются вдоль невидимых линий, по которым течёт газ. Недавно астрономы заметили, что пылинки в таких дисках ведут себя как воланы для бадминтона — всегда разворачиваются длинной стороной по ветру.

У далёких ледяных тел размером с город, обращающихся за орбитой Нептуна, обнаружены кольца из космической пыли и льда. Часто рядом с ними находятся небольшие спутники.

Звезда 31 Орла — это пожилая звезда, которая раздулась и стала субгигантом. Когда-то она была похожа на Солнце, но теперь остыла и увеличилась в размерах. Вращается она очень медленно — один оборот занимает много дней.

Пучок электронов, закрученный как штопор, врезается в протон. Из точки удара вылетают пары частиц — положительный и нейтральный пионы. Физики впервые измерили, как часто такие пары разлетаются под разными углами, когда спин электрона направлен влево или вправо. Разница в этих частотах — асимметрия — оказалась не нулевой.

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 токамаке плазма — как толпа на узкой улице: стоит кому-то побежать, и все срываются разом. В стеллараторе с некруглым сечением улица извилистая, с тупиками и карманами. Толпа не может собраться в одну волну — люди застревают по разным углам. Так и плазменные волны: в трёхмерной геометрии они локализуются, как звук в лабиринте.

Три далёкие планеты-гиганта кружат возле своих звёзд так близко, что год на них длится всего несколько земных дней. Такие миры называют горячими юпитерами, и их орбиты — настоящая загадка: как они оказались вплотную к звезде, если родились далеко, в холодных окраинах системы? Один из ключей к разгадке — угол, под которым планета летит вокруг звезды относительно её вращения.

Используя телескоп Keck и метод спектроскопии — анализ света, позволяющий по доплеровскому смещению линий определить скорость вращения объекта, — астрономы измерили 32 объекта в диапазоне от планет-гигантов до коричневых карликов.

Телескоп ACT в чилийской пустыне Атакама всматривался в небо с 2007 по 2022 год. Его цель — реликтовое излучение, свет, который путешествует к нам 13,8 миллиарда лет. Этот свет поляризован: волны колеблются в определённых плоскостях, как струны, натянутые в разных направлениях. В идеально симметричной Вселенной эти плоскости оставались бы неизменными.

Волчок, наклонённый над столом, вокруг которого кружится пылевой блин. Так выглядит молодая звёздная система, где ось вращения звезды и плоскость протопланетного диска не совпадают. До недавнего времени астрономы не знали, насколько часто встречается такая картина в природе. Теперь ответ получен: примерно каждая третья солнцеподобная звезда рождается с перекошенным диском.