звёздное покачивание

Осьминог, раскинув щупальца, ждёт. Никто не управляет его руками из единого центра, но стоит добыче коснуться одной из них, как все восемь оборачиваются вокруг неё. Похожий трюк физики воспроизвели в лаборатории с телом, у которого нет ни нейронов, ни мышц: звёздный полимер с самодвижущимися руками. Полимер собрали из маленьких цилиндрических виброботов на вибрирующей пластине.

Воздушный шарик, из которого рывками выходит воздух, мечется по комнате — струя бьёт то в одну сторону, то в другую. Так же ведёт себя умирающая звезда, когда сбрасывает раздутую оболочку. Только вместо воздуха — раскалённый газ, а вместо шарика — будущий белый карлик (плотный остаток звезды размером с Землю, в котором вещество сжато до экстремальных плотностей).

Представьте кастрюлю с кипящей кашей: пузыри лопаются, пар вырывается наружу, перемешивая всё содержимое. Примерно так же ведут себя массивные звёзды в гигантских облаках газа. Их излучение и звёздный ветер — потоки заряженных частиц — выдувают огромные полости, называемые молекулярными пузырями, разбрасывая вещество по округе.

1799 километров в секунду — с такой скоростью звезда S5-HVS1 навсегда покидает Галактику. 4.8 миллиона лет назад она была выброшена из центра Млечного Пути при тесном сближении со сверхмассивной чёрной дырой Sgr A*. Такое событие оставляет два ископаемых следа: гиперскоростную звезду-беглянку и её компаньона, захваченного на вытянутую орбиту. Второй след, возможно, найден.

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.

Звезда Табби, маяк в космическом море, с 2015 года сбивала с толку астрономов. Её свет мерцал не в ритме планет, а словно рассеянный штормом — глубокие провалы, резкие всплески. Но среди этого хаоса нашелся ровный, почти идеальный провал. Глаз бури. Телескоп TESS зарегистрировал транзит — проход невидимого объекта по диску звезды — длительностью 21 час.

Крошечный спутник, словно пловец, рассекает невидимые слои газа в раздувшейся оболочке красного гиганта. Каждый круг его орбиты возбуждает акустический след — волны сжатия, бегущие сквозь плазму. Согласно закону всемирного тяготения, спутник притягивает газ, а газ — спутник, создавая этот след.

Два фигуриста на застывшем до горизонта озере. Они так далеко, что силуэты превратились в точки, а их взаимное притяжение — почти богословский концепт. По заветам Ньютона, они обязаны кружиться в умозрительно медленном вальсе. Но телескопы видят иное. Пары кружат быстрее, будто лёд сам дышит под ними, сообщая ускорение, которого там быть не должно.

Четверть века назад Мишель Майор и Дидье Кело открыли первый горячий юпитер — и сломали все каноны планетообразования. Газовый гигант на орбите в считанные дни не мог вырасти рядом со звездой: там слишком жарко и нет строительного материала. Значит, он родился далеко, а затем мигрировал.

Гравитационные танцы небесных тел долго оставались немыми для астрономов. Мы научились ловить тени планет на фоне звёзд транзитным методом — прорыв, подаренный тысячами миров благодаря Уильяму Боруки и его телескопу «Кеплер». Но их спутники ускользали — слишком малы, слишком тусклы.

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.

В 2017 году детекторы уловили дрожь пространства — гравитационные волны от слияния двух нейтронных звёзд. В тот же миг телескопы увидели вспышку. Так впервые одно событие заговорило сразу на двух языках: света и тяготения. Но чем дольше астрономы следили за угасающим свечением, тем страннее оно себя вело.

Нейтронная звезда — это бывшее ядро массивной звезды, сжатое до размеров города. В её сердцевине вещество спрессовано так плотно, что атомы перестают существовать, а протоны и нейтроны растворяются в море кварков.

Нейтронная звезда — это стремительно вращающийся объект массой с Солнце, сжатый до размеров города, возникающий в результате взрыва сверхновой. Обычно её вращение постепенно замедляется, но иногда, без видимых причин, происходит внезапное ускорение — глитч.

Двойная звезда TIC 287869463 — это тесная пара: одна звезда пульсирует, как колокол, а вторая своим притяжением растягивает её, словно прилив океан. Обычно пульсации бегут по звезде волнами, но здесь одна волна замерла на месте. Астрономы просеяли данные с телескопа TESS за три года — свет от 50 000 звёздных пар.

Маяк мигает каждые несколько секунд, но вдруг начинает медленно, в течение года, то разгораться, то гаснуть. Именно так ведут себя около трети красных гигантов — огромных звёзд на поздних стадиях жизни. Их обычная пульсация занимает дни или недели, но поверх неё видны долгие вторичные периоды: месяцы и годы. Это явление заметили почти сто лет назад, но объяснить так и не смогли.

Звезда GJ 436 — тусклый красный карлик, а вокруг неё ходит планета размером с Нептун, но по орбите, наклонённой почти вертикально. Астрономы 18 лет снимали спектр этой звезды, чтобы следить за её пятнами и вспышками. И вдруг в данных проступил ритм, который не совпадал ни с вращением звезды, ни с её 8-летним циклом активности.

Если смотреть на карту далёких галактик, она не идеально ровная: в одной стороне неба их чуть больше, в другой — чуть меньше. Этот перекос заметили в нескольких обзорах неба, и он не похож на случайность. Обычно его объясняют тем, что наша Галактика сама куда-то летит, и из-за этого далёкие объекты кажутся смещёнными. Но измерения не всегда сходятся с этим простым объяснением.

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.

Затмения в двойных звёздах — как часы: белый карлик (плотный остаток звезды) регулярно проходит перед соседкой, и свет на короткое время гаснет. Но у большинства таких пар часы то спешат, то отстают на секунды за годы. Астрономы измерили эти сбои у 43 систем и нашли закономерность.

Красный гигант в созвездии Лебедя раздулся так, что его внешние слои перетекают на маленького, но тяжёлого соседа — белого карлика. Газ закручивается вокруг карлика, как вода вокруг слива в ванне, и падает на него. Но у CH Лебедя этот поток не спокойный: каждые 682.5 секунды рентгеновское излучение вспыхивает и гаснет. Это как маяк, который вращается и посылает луч.

Солнце — не спокойный шар, а кипящий котёл, который живёт по своим ритмам. Примерно раз в 11 лет его активность достигает пика: на поверхности появляется больше тёмных пятен, а в космос летят потоки заряженных частиц. Но внутри этого большого цикла прячется более короткий — около 1,7 года.

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.

В 2019 году красный сверхгигант Бетельгейзе пережил Великое Потускнение — его яркость упала настолько, что астрономы заговорили о скором взрыве. Однако причиной оказались облака космической пыли, выброшенные самой звездой. Теперь телескоп Gemini North сумел различить в ослепительном сиянии Бетельгейзе крохотную звезду-спутник, существование которой ранее предсказывали теоретические расчёты.

Бетельгейзе — красный сверхгигант, чья судьба вскоре разрешится грандиозным взрывом сверхновой. Но, вероятно, звезда не одинока: по близкой орбите вокруг неё обращается небольшой спутник, получивший имя Сиварха. Каждые 2000 дней он проникает сквозь разреженные внешние слои Бетельгейзе, подобно лодке, рассекающей водную гладь, и возбуждает волны раскалённого газа.

Выделить сигнал атмосферы далёкой планеты — всё равно что расслышать шёпот в шумном зале: мешает собственный «голос» звезды. В системе TRAPPIST-1 астрономы применили остроумный приём — использовали планету-«жучок». Ею стала TRAPPIST-1 b — безвоздушный сосед, лишённый газовой оболочки. Она записывает только помехи, вызванные активностью звезды, и ничего больше.

Когда две звезды сближаются в космическом танце, их движение сопровождается дополнительным покачиванием — следствием искривления пространства-времени (эффект, предсказанный Эйнштейном в общей теории относительности). Планета, обращающаяся вокруг этой пары, тоже подвержена покачиванию.