звёздный поток

Ночное небо кажется спокойным, но на самом деле оно пронизано невидимым дождём из заряженных частиц — космических лучей. Учёные давно пытаются понять, где рождаются самые энергичные из них. До недавнего времени считалось, что наша Галактика поставляет частицы вплоть до энергии около 4 ЭэВ — так называемой «лодыжки» на спектре.

Вокруг молодой звезды, только начинающей свою термоядерную жизнь, вращается вихрь пыли и газа — протопланетный диск. Он растёт, аккрецируя (собирая) вещество из окружающего молекулярного облака.

Сразу после Большого взрыва пространство остывало неравномерно. В некоторых местах могли возникнуть топологические дефекты — складки пространства, тонкие, как волос, но невероятно плотные нити энергии. Физики называют их космическими струнами.

Галактика NGC 4254 удалена от центра скопления Девы на полтора миллиона световых лет. Она тащит за собой длинный шлейф остывающего водорода — признак того, что на полном ходу врезается в раскаленный газ. Потеря холодного топлива гасит рождение новых звезд.

Газовый диск весом в четыреста тысяч солнц опоясывает сверхмассивную чёрную дыру в центре Млечного Пути. Его притяжение работает как гравитационный руль: медленно, но неотвратимо разворачивает орбиты двойных звёзд, загоняя их в область, где приливные силы разрывают пару на части.

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.

Ветка падает в водоворот. Её крутит и ломает, но иногда из центра вырывается мощный фонтан воды. Примерно так же чёрная дыра разрывает пролетающую мимо звезду, и порой после этого в космос бьёт ослепительная струя плазмы — джет.

Карликовые галактики, обращающиеся вокруг Млечного Пути, выглядят так, словно пережили гравитационную бурю. Их звёздные тела вытянуты, разбросаны приливными хвостами и разогреты изнутри.

Тёмная материя — невидимая основа космической архитектуры — составляет 85% всей массы, но ускользает от прямого наблюдения. В 1920-х Эдвин Хаббл открыл расширение Вселенной и мир галактик, а уже в 1930-х Фриц Цвикки заподозрил скрытую массу в их скоплениях.

В центре крошечной галактики — плотный сгусток из звёзд и тёмной материи. Этот сгусток, называемый солитоном, не застыл на месте: он дрожит и колеблется, словно желе на тарелке. Колебания создают рябь в окружающем облаке тёмной материи, и эта рябь, как лёгкие толчки, миллиарды лет подталкивает звёзды всё дальше от центра.

Гигантское облако ледяных глыб на окраине Солнечной системы — облако Оорта — похоже на прозрачный пузырь, растянутый до светового года в поперечнике. Обычно эти глыбы спокойно висят в своих далёких уголках, но иногда что-то их тревожит. Чаще всего это приливное воздействие нашей Галактики.

Планета размером с Нептун подошла слишком близко к своей звезде. Звезда начинает перетягивать на себя верхние слои планеты — газ стекает с неё, как вода из переполненного ведра. Этот процесс называют перетеканием через полость Роша (так астрономы обозначают границу, за которой звезда уже может отрывать вещество от планеты).

Сразу после Большого взрыва, в бурлящем котле остывающей Вселенной, словно в неравномерно застывающем стекле, возникали напряжения — тончайшие трещины реальности, космические струны. Представьте канатоходца, балансирующего на невидимом тросе, перекинутом через бездну искривленного пространства-времени.

В центрах галактик, где сверхмассивные чёрные дыры дремлют в окружении звёздных роёв, иногда вспыхивают огни чудовищной силы — приливные разрушения. Но некоторые из этих событий ведут себя необычно: повторяются снова и снова, и каждое новое возгорание тусклее предыдущего.

Рукав звёздной реки огибает центр далёкой галактики, словно светящаяся лента на невидимой оправе. Эта оправа — тёмное гало: огромное облако невидимой тёмной материи, которое своим притяжением удерживает звёзды и газ. Если гало сплюснуто, как тыква, или вытянуто, как дыня, звёздный поток будет изгибаться по-разному.

Тёмная комната, в воздухе плавает пыль. Вспыхивает яркий фонарь — и пылинки загораются, выдавая своё место. Похожий приём астрономы применили к нашей Галактике. Фонарём послужили гамма-всплески — мощнейшие взрывы в далёких галактиках, а пылинками — облака межзвёздной пыли.

Свет от далёкой галактики Дракон летит к нам больше семи миллиардов лет. По дороге он проходит мимо огромного скопления галактик, которое своей гравитацией искривляет путь света, как линза. Поэтому галактика кажется нам ярче и больше, чем есть на самом деле — так лупа увеличивает мелкий текст. Внутри этой космической линзы есть и отдельные звёзды.

Галактика Holmberg IX похожа на город, где вдруг перестали строить новые дома, хотя вокруг полно стройматериалов. Астрономы заглянули в неё с помощью разных телескопов и увидели странную картину: газа и тяжёлых элементов много, а вот пыли почти нет. Обычно там, где много газа, рождаются новые звёзды, но здесь всё иначе.

Чёрная дыра способна терзать звезду не в одном катастрофическом акте, а годами, постепенно снимая с неё вещество. Ключевую роль здесь играют приливные силы — разность гравитационного притяжения чёрной дыры, которая действует на ближнюю и дальнюю стороны звезды: ближняя сторона притягивается заметно сильнее, и звезду начинает растягивать.

На окраине галактики M83, которую ещё называют Южной Вертушкой, висит в пустоте река из старых звёзд. Она растянулась на 81 килопарсек — это примерно 264 тысячи световых лет, в два с половиной раза больше диаметра нашего Млечного Пути.

Над поверхностью Солнца висят длинные ленты светящегося газа — стримеры. Они похожи на гигантские арфы, натянутые в короне. Когда по такой ленте пробегает волна, она дрожит и изгибается, как струна после щипка. Долгое время считалось, что такую волну может запустить только очень быстрый выброс вещества — тот, что летит со скоростью более 500 километров в секунду.

Газовое облако размером с небольшую галактику падает на Млечный Путь со скоростью в сотни километров в секунду. Такие облака называют высокоскоростными, и до сих пор в них не находили звёзд — только газ. Теперь в одном из них, которое носит имя Complex H, астрономы разглядели пару молодых звёздных скоплений. Скоплениям 11,2 миллиона лет — по звёздным меркам это младенчество.

Далекая галактика, похожая на наш Млечный Путь, выдувает газ в космос, как фен сдувает пыль со стола. Семь лучей света от еще более далекого объекта пронзили это газовое облако, и астрономы увидели, что поток газа узкий, как струя из шланга, а не широкий, как веер. Скорость газа достигает 239 километров в секунду — это в 200 раз быстрее пассажирского самолета.

Галактика влетает в густое скопление, как бегун в толпу. Встречный поток газа — его называют внутрископленческой средой — срывает с неё собственный газ, вытягивая длинный светящийся хвост. Такие галактики астрономы прозвали медузами: у них есть тело и развевающиеся щупальца из оторванного вещества. Но лишь у немногих в этих щупальцах вспыхивают новые звёзды.

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.

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.

Когда массивная звезда умирает и взрывается, она выбрасывает не только свет, но и невидимые лёгкие частицы. Они разлетаются во все стороны почти со скоростью света. До Земли доходит лишь малая часть, но от каждой вспышки — свой сгусток.

Планета, прижавшаяся к своей звезде, похожа на кусок льда, забытый на раскалённой сковороде. Лёд тает и испаряется, только вместо воды — водород и гелий, из которых состоит верхний слой планеты. Иногда испарение такое сильное, что газ не просто улетает в космос, а оборачивается вокруг звезды и образует кольцо, похожее на надувной круг.

Центр галактики — оживлённый мегаполис, где сверхмассивная чёрная дыра — объект с гравитацией настолько мощной, что даже свет не может её покинуть, — часто захватывает и разрушает зазевавшиеся звёзды. Но недавно телескопы зарегистрировали вспышку в тихом пригороде, в десятках тысяч световых лет от ядра.

Карликовая галактика Стрелец — спутник нашей Галактики — неоднократно врезалась в диск Млечного Пути, подобно камню, брошенному в спокойный пруд. Каждое такое столкновение порождало гравитационные возмущения: волны плотности и изгибы звёздного поля, которые астрономы наблюдают сегодня.

Планета-гигант кружит слишком близко к звезде. Каждый оборот она тянет звезду своей гравитацией, и в глубине звезды рождаются волны — как круги от камня, брошенного в воду. Эти волны гасят орбиту планеты, и она по спирали падает в звезду. Звезда проглатывает планету и начинает вращаться быстрее. Вращение звезды — ключ к разгадке.

Чёрную дыру не видно, пока рядом не окажется звезда. Тогда приливные силы растягивают звезду, как повар раскатывает тесто, и часть вещества падает в дыру, вспыхивая напоследок. Такие события, называемые приливными разрушениями, — редкий шанс взвесить чёрную дыру, которая иначе осталась бы невидимой.

Вселенная на больших масштабах похожа на гигантскую паутину: яркие скопления галактик соединены длинными нитями из галактик, газа и тёмной материи. Раньше считалось, что по этим нитям вещество, как по трубам, течёт к скоплениям. Но новое исследование показывает: нить между двумя скоплениями не просто канал, а арена перетягивания каната.

Пульсар в Крабовидной туманности мигает как маяк: каждые 33 миллисекунды он посылает радиоимпульс, и так — с точностью атомных часов. Но иногда его вращение сбивается: звезда вдруг чуть ускоряется, будто внутри неё что-то проворачивается. Такие сбои считали случайными, как щелчки метронома, который иногда подталкивают.

Космос в этом сценарии работает как гигантский бильярдный стол. Массивные внешние планеты — газовые гиганты вроде Юпитера — выступают в роли тяжёлых шаров. При тесных сближениях они передают часть своей орбитальной энергии лёгким внутренним мирам — планетам земного типа. Такой гравитационный «удар кием» способен вышвырнуть небольшую планету из родительской звёздной системы.

Молодая двойная звезда IRS 44 в созвездии Змееносца напоминает оживлённую кухню: потоки газа, как струи теста, падают на вращающийся диск, и в месте удара рождается жар. Новые наблюдения с высоким разрешением впервые показали, что именно эти столкновения — причина необычного свечения молекул серы.

Река из звёзд — не скопление, а именно вытянутая светящаяся лента — пересекает окраину далёкой галактики. Такой поток обнаружили в данных первого обзора обсерватории Веры Рубин. Он тянется вдоль малой оси галактики LEDA 751050, как шарф, развевающийся от галактического диска. Поток огромен: 130 на 15 килопарсек.

Ещё в 1970-х Вера Рубин, изучая кривые вращения галактик, обнаружила, что звёзды на их окраинах движутся слишком быстро — словно их удерживает невидимая паутина, не дающая разлететься. Ещё раньше, в 1930-х, Фриц Цвикки, анализируя движение галактик в скоплении Кома, первым заподозрил существование огромной скрытой массы.

В ранней Вселенной, всего через полтора миллиарда лет после Большого взрыва, в небольшом объёме пространства столкнулись сразу три массивные галактики. Их гравитационный танец выбросил наружу гигантские потоки холодного газа, которые протянулись на 60 килопарсек — расстояние, в двадцать раз превышающее диаметр нашей Галактики.