звёздный остаток

В звёздной семье галактики Феникс пять старых шаровых скоплений, а шестой ребёнок долго считался подкидышем. Объект Fornax 6, расположенный всего в 270 парсеках от центра галактики, выглядел как случайное сгущение звёзд поля или компактная группа далёких галактик. Астрономы спорили, есть ли у него право называться скоплением.

Луч света, пролетающий мимо массивного тела, огибает его, как бегун огибает угол стадиона. Для нейтронной звезды этот угол отклонения обычно считается таким же, как для точечной массы. Но если звезда окутана невидимым гало из тёмной материи, картина меняется: свет, проходящий сквозь гало, отклоняется слабее, чем предсказывает полная масса.

Белый карлик — это бывшее ядро звезды вроде Солнца, сжатое до размеров Земли. Чайная ложка его вещества весила бы несколько тонн. Нейтронная звезда — ещё более плотный остаток: город размером с Манхэттен, но с массой больше солнечной.

Шестого августа 1181 года китайские астрономы заметили в созвездии Кассиопеи новую звезду. Она сияла 185 дней, медленно угасая, и исчезла, оставив лишь запись в летописях. Сегодня на её месте — горячий белый карлик (сжатое звёздное ядро без ядерных реакций), разогретый до десятков тысяч градусов. Это остаток тусклой сверхновой редкого типа Iax.

Три миллисекунды до слияния. Огромная чёрная дыра с бешеной скоростью вращения втягивает в себя нейтронную звезду — шар размером с город, но с массой в полтора Солнца. Приливные силы растягивают звезду в тонкую, как игла, нить и расшвыривают вещество прочь.

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.

Нейтронные звёзды — остатки сверхновых — одни из самых плотных объектов во Вселенной. Их центральная плотность в разы превышает ядерную, а гравитация уступает лишь чёрным дырам.

В центре Млечного Пути, как матрёшка в матрёшке, спрятана сверхмассивная чёрная дыра, а вокруг неё — рой звёзд и невидимая оболочка из тёмной материи. Эта оболочка, или «шип», по идее должна быть очень плотной у самого горизонта. Но звёзды и мелкие чёрные дыры, кружащие рядом, могут действовать как ложка в чашке с кофе: перемешивать и разбрасывать частицы.

Цивилизации во Вселенной разделены не только расстоянием, но и пропастью времени. Поиск их следов сродни археологии: вместо руин дворцов — облака космической пыли.

В семействе сверхплотных остатков мёртвых звёзд долго зияла пустота. Нейтронные звёзды — стремительные волчки размером с город — редко тяжелее двух Солнц. Чёрные дыры начинаются примерно с пяти солнечных масс. А между ними — «провал», где десятилетиями не могли найти ни одного объекта.

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?

Горсть песка весом с небольшую гору — примерно так устроены странглеты, крошечные сгустки из «странной» кварковой материи, где частицы спрессованы до немыслимых плотностей. В новой работе астрофизики проверили, могут ли такие объекты существовать в природе и какими они были бы на вид. За основу взяли модель, где кварки заперты внутри «мешка» — так физики называют силы, не дающие кваркам разлететься.

В раскалённой плазме новорождённой Вселенной, когда само пространство ещё звенело эхом Большого взрыва, могли возникнуть объекты, бросающие вызов самой гравитации. Не привычные чёрные дыры — электрически заряженные исполины, астроны.

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.

Атомное ядро похоже на каплю с тонкой оболочкой — нейтронной «кожей». Внутри капли протоны и нейтроны перемешаны равномерно, а снаружи, как пенка на молоке, собирается слой, где нейтронов заметно больше.

Каждую секунду нас прошивают невидимые снаряды из глубин космоса. Это космические лучи — ядра атомов, разогнанные до скоростей, почти неотличимых от скорости света. Их энергия в сотни миллионов раз превышает ту, что доступна нашим самым мощным ускорителям. Откуда берётся эта чудовищная сила?

Звезда весом в сто тысяч солнц живёт ярко и недолго. Финал её — стремительное сжатие в чёрную дыру. Но перед самым концом она успевает окутаться плотным газовым коконом. Именно такие коконы телескоп Джеймса Уэбба различает вокруг загадочных объектов — «маленьких красных точек».

Когда тяжёлое атомное ядро раскалывается, оно не разлетается на ровные половинки. Сначала возникают два фрагмента, похожие на груши, прижатые друг к другу узкими концами. Потом место соединения начинает сглаживаться — как будто две капли сливаются и поверхность быстро выравнивается. В этот короткий миг поверхность движется внутрь, и частицы внутри ядра могут отскочить от неё, как мячик от набегающей стены.

Каждые 15 часов в созвездии, до которого от нас 57 световых лет, происходит маленькое солнечное затмение. Крошечный белый карлик — звезда размером с Землю, но тяжелее Солнца — ныряет за диск красного карлика. Для астрономов это не просто красивое совпадение, а способ заглянуть в прошлое звёздной пары.

Центр нашей Галактики — это переполненная кухня, где одновременно кипят несколько блюд, и пар от них смешивается в один клуб. Рентгеновские лучи от остатка взорвавшейся звезды, от звёздного ветра вокруг сверхмассивной чёрной дыры и от горячего газа между звёздами накладываются друг на друга.

Когда два тяжёлых тела сталкиваются, они не всегда остаются на месте. Чёрные дыры при слиянии получают мощный пинок — как отдача от выстрела, только вместо пороха работает искривление пространства. Этот пинок может выбросить новую дыру из центра галактики или даже за её пределы.

Плотность в центре нейтронной звезды такова, что чайная ложка её вещества весила бы как гора. Физики давно пытаются понять, насколько массивной может быть такая звезда, прежде чем она схлопнется в чёрную дыру.

В расширяющемся газовом облаке, оставшемся после взрыва звезды — такие облака называют остатками сверхновых, — астрономы обнаружили гигантскую светящуюся структуру в форме буквы S. Она образована двумя джетами — узкими струями раскалённой плазмы, выброшенными во время катастрофического коллапса звезды.

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.

Представьте невидимый океан, состоящий из тёмной материи — сверхлёгких частиц, само существование которых впервые заподозрил Фриц Цвикки ещё в 1930-х годах.

Нейтрон — частица, из которой в основном состоят нейтронные звёзды. Сам по себе он нестабилен: свободный нейтрон живёт около пятнадцати минут, а потом распадается на протон, электрон и антинейтрино. Но в двух разных типах экспериментов время жизни получается разным — в пучке частиц нейтроны живут чуть дольше, чем в ловушке.

Старая звезда, похожая на Солнце, в конце жизни сжимается в белый карлик — плотный шар размером с Землю. Дальше он просто остывает, как угли в костре. Но некоторые белые карлики почему-то остаются горячими миллиарды лет. Астрономы изучили такие объекты в радиусе ста парсек от нас и нашли неожиданную закономерность.

В глубине космоса есть облако газа, похожее на ожерелье с яркими бусинами. Это туманность Ожерелье — остатки звезды, которая когда-то раздулась и поглотила своего соседа. В центре осталась пара: маленькая горячая звезда и её раздувшийся компаньон, богатый углеродом.

Свет от далёкого источника, проходя рядом с нейтронной звездой, искривляется, как луч фонарика в кривом зеркале. Астрофизики запустили численный эксперимент: пустили лучи назад от наблюдателя к звезде и посмотрели, какую картинку увидит телескоп. Внутри звезды вещество сжато так, что его поведение описывается простым уравнением — чем сильнее сжатие, тем жёстче отпор.

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.

Нейтронная звезда — это спрессованный остаток массивного светила: вещество в ней сжато до такой степени, что его гора размером с напёрсток обладает колоссальной плотностью.

В центре галактики NGC 1600, удалённой от нас на 200 миллионов световых лет, астрономы заметили плотное скопление звёзд. Оно выглядело как яркий узел на фоне размытого сияния — и это было неожиданно.

Столкновение двух нейтронных звёзд — это удар, который слышно на всю Вселенную. Детекторы гравитационных волн улавливают рябь пространства-времени, но самый интересный звук начинается после удара: остаток слияния, стремительно вращающаяся гипермассивная нейтронная звезда, продолжает дрожать, излучая волны ещё несколько…

Четыре часа пятьдесят восемь минут. С таким ритмом, как метроном, нечто проходит перед белым карликом ZTF J1944+4557, заставляя его свет меркнуть на треть, а иногда почти наполовину. Этот белый карлик — компактный остаток звезды после выгорания топлива — находится в созвездии Лебедя, и его пульс нестабилен: транзиты то углубляются, то пропадают вовсе.