Звёздная астрофизика astro-ph.SR

Качели, которые толкают раз в секунду, обычно качаются раз в секунду. Но если толкать их сильнее и в нужном ритме, они могут пойти втрое медленнее: один взмах на три толчка. Физики называют это субгармоническим резонансом, и, похоже, именно он управляет самыми заметными колебаниями климата и Солнца. Глобальная температура Земли не растёт плавно.

Над тропической частью Тихого океана давление воздуха дышит с периодами от двух до четырнадцати лет. Барометр на Таити поднимается, а в австралийском Дарвине падает, и весь климат планеты вздрагивает: наступает Эль-Ниньо.

Если поставить рядом два маятника и слегка качнуть один, второй со временем подхватит ритм. Так ведут себя не только часы на общей полке, но и плазма внутри Солнца. В конвективной зоне звезды текут два огромных кольцевых потока: один ближе к поверхности, другой глубже. Каждый из них колеблется со своим периодом — 12,05 и 9,52 года.

Радиотелескоп РАТАН-600 — это кольцо из сотен алюминиевых панелей на склоне горы в Карачаево-Черкесии. Весной 2018 года его зеркало ловило радиоволны от шестнадцати красных карликов — маленьких, тусклых, но очень долгоживущих звёзд.

К северу от микроквазара SS 433, в мягком рентгеновском диапазоне, проступила дуга. Слабая, размытая, но упрямо повторяющая контуры, которые уже были знакомы по радионаблюдениям. Астрономы изучили её спектр — и увидели газ, нагретый до одиннадцати миллионов кельвинов. Газ, который не мог нагреться ни джетами, ни ветром аккреционного диска.

Солнечная система совершает полный оборот вокруг центра Млечного Пути за 210 миллионов лет. В последний раз мы были на этой же стороне Галактики, когда по Земле бродили ранние динозавры. Эту цифру — 243.72 км/с — удалось уточнить благодаря редким звёздам, которые проносятся сквозь Галактику как пушечные ядра.

В глубоких полях Евклида вспыхивают звёзды, которых не было в каталогах. Телескоп, созданный для картографирования тёмной материи, сработал как фотоловушка: один кадр — и космический взрыв уже зафиксирован. В быстром выпуске данных Q1 каждый участок неба снят лишь однажды, поэтому классический поиск транзиентов (временных источников на небе) по разности кадров невозможен.

В центре остатка сверхновой SN 1987A, в 168 000 световых лет от Земли, спрятан объект, который астрономы ищут уже 37 лет. Это ближайшая сверхновая, взорвавшаяся на глазах у современных телескопов, и единственная, где компактный остаток до сих пор не удалось увидеть напрямую.

В августе 2024 года коронограф MIRI на телескопе Джеймс Уэбб смотрел на Альфу Центавра A — ближайшую к Солнцу звезду солнечного типа. На расстоянии 1,5 угловой секунды от звезды вспыхнул точечный источник S1. Поток 3,5 мДж, контраст 5,5×10⁻⁵. Четыре–шесть сигм. Маяк мигнул в тумане. Но в феврале и апреле 2025 года источник не вернулся.

Три тела, притягивающие друг друга по закону всемирного тяготения, — задача, перед которой математика пасует уже три столетия. После Пуанкаре стало ясно: общего решения не существует, а траектории хаотичны. Но внутри этого хаоса есть островки порядка — периодические орбиты, где движение повторяется.

В самом сердце молекулярного облака, где температура падает до 10–20 кельвинов, а плотность газа достигает миллиона частиц на кубический сантиметр, царит ледяная тень. Там, вдали от света звёзд, на поверхности пылинок намерзает вода, углекислый газ и другие молекулы.

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.

Ветер, дующий против вращения планеты, раздувает углеродную кузницу. Так выглядит атмосфера объекта PSR J2322-2650b — юпитероподобного компаньона миллисекундного пульсара. Два ноябрьских вечера 2024 года космический телескоп «Джеймс Уэбб» следил за этой системой, снимая спектр в диапазоне от 0,6 до 5,3 микрометра.

В тёмном облаке NGC 6334I-North, в 5500 световых годах от Земли, радиоинтерферометр ALMA разглядел нечто неожиданное: вокруг молодой массивной звезды кружится диск газа и пыли, а внутри него — семь плотных сгущений. Каждый из них может стать звездой. Так выглядит рождение звёздной семьи, причём семьи необычно многочисленной.

В ночь с 9 на 10 марта 2024 года облако плазмы, выброшенное Солнцем, неслось прочь от звезды. Оно уже миновало расстояние в пять солнечных радиусов, когда наземная решётка из 352 антенн в калифорнийской долине Оуэнс поймала от него короткий радиосигнал. Сигнал этот не был всплеском или шумом — он имел форму, по которой физики узнают почерк магнитного поля.

В плотном рое старых звёзд, известном как шаровое скопление M15, астрономы разглядели не просто звёзды, а слои времени. Одни звёзды родились раньше, другие позже, и химический состав выдаёт их происхождение с точностью археолога, читающего слои древнего поселения.

Коричневые карлики — объекты, занимающие промежуточное положение между планетами и звёздами: они массивнее планет, но недостаточно тяжелы, чтобы запустить устойчивый термоядерный синтез в ядре.

Космический телескоп TESS, чья основная миссия — поиск экзопланет, то есть планет у других звёзд, зафиксировал 24 кратковременных падения блеска звезды RZ Psc. Эти тускнения вызваны не планетами, а кометами — ледяными глыбами поперечником от 1 до 7 километров, проходившими по диску звезды.

Представьте мост через реку, у которого вырвана середина: машины на том берегу — неожиданность. Так астрономы долго смотрели на чёрные дыры с массой от 50 до 130 солнечных: звёзды, способные их породить, взрываются как сверхновые парной нестабильности.

В бескрайней тьме межзвёздного пространства планета-скиталец WISE 0855 мерцает едва заметным тепловым огоньком, словно остывающий уголёк. Её температура лишь на десяток градусов выше точки замерзания воды — будь там жизнь, она бы видела небо без солнца, в вечном ледяном тумане.

Гравитация планеты ритмично сжимает и разминает луну, как тесто: от этого постоянного «замеса» недра разогреваются, и под ледяной корой могут подолгу сохраняться океаны воды. В Галактике полным-полно планет-бродяг — так называют свободно плавающие планеты, выброшенные из своих систем…

Вселенная заполнена невидимой массой — тёмной материей, которая проявляет себя только через гравитацию. Одна из гипотез предполагает, что тёмная материя состоит из первичных чёрных дыр — объектов, образовавшихся в экстремальных условиях сразу после Большого взрыва. Эти чёрные дыры могут иметь массу, сравнимую с астероидом, и размер меньше атомного ядра.

Коричневые карлики — объекты, занимающие промежуточное положение между планетами и звёздами: они массивнее планет, но не набирают достаточно массы для запуска устойчивого термоядерного синтеза. Их атмосфера напоминает бурлящую кастрюлю: облака из раскалённого песка и капель железа то поднимаются, то опускаются.

Второй зарегистрированный межзвёздный объект, комета 3I/ATLAS, демонстрирует аномальное свечение. Причина — в её ядре, где ржавеют микроскопические металлические крупицы.

Далеко за пределами Солнечной системы, в межзвёздной тьме, странствует мир VHS 1256B — планета-гигант, навсегда лишённая родительской звезды. Астрономы долго не могли объяснить загадочное поведение её фотометрической яркости: она скачет почти на 40% в течение нескольких дней.

Солнце — не просто раскалённый шар, а магнитный особняк. Его невидимые силовые нити, словно электропроводка, пронизывают пространство и управляют космической погодой. Но до сих пор мы видели эту «проводку» только с лестничной площадки — из плоскости земной орбиты. Роль чердака и подвала, то есть магнитных полюсов, оставалась тайной.

Подобно тому как дрожжи превращают муку в пышное тесто, радиоактивная «приправа» от сверхновой — взрыва массивной звезды в конце её жизни — помогает слепить каменистую планету. Ключевой ингредиент здесь — алюминий-26, радиоактивный изотоп, который, распадаясь, выделяет тепло.

Солнечный ветер — не спокойный ручей, а бурлящая плазма из заряженных частиц. Зонд Parker Solar Probe, нырнув к самому Солнцу, зарегистрировал два типа волн-размешивателей. Левозакрученные волны, подобно венчику в руке повара, взбивают вещество, когда температура вдоль и поперёк движения различается.

В холодной тьме межзвёздного пространства дрейфуют миллионы планет-изгоев — миров, не связанных гравитацией ни с одной звездой. Обнаружить их напрямую почти невозможно: они не излучают собственного света и не подсвечены родительским солнцем.

Телескоп Джеймса Уэбба смотрит на звезду TRAPPIST-1 — крошечный красный карлик, вокруг которого кружат семь планет размером с Землю. И видит необычное: яркие вспышки на этой звезде едва достигают 3500–4000 градусов. Для сравнения, обычная солнечная вспышка раскаляется до 9000–10000 градусов. Почему так холодно? Ответ прячется в самой атмосфере звезды.

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.

В трёх двойных системах белый карлик — мёртвое ядро звезды — ворует газ у соседки. Соседка так тускла, что в обычный телескоп её не видно. Телескоп Джеймса Уэбба смотрел на эти пары в инфракрасном свете, как камера ночного видения. И впервые поймал свет от самих звёзд-доноров. Раньше думали, что в инфракрасном диапазоне светит именно звезда-донор.

Солнце своей гравитацией создаёт невидимый «бокал», в котором тёмная материя особого сорта — ультралёгкая — не плещется хаотично, а занимает строгие энергетические ступени, будто прозрачные слои жидкости разной плотности.

В 300 световых годах от нас звезда танцует с невидимым партнёром. Одна её сторона разогрета сильнее другой — словно незримый танцор дышит на неё горячим ветром. Этот партнёр — нейтронная звезда: звёздный огарок размером с город, но такой плотный, что чайная ложка его вещества перевесила бы Эверест.

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.

В ядрах многочисленных галактик таятся сверхмассивные чёрные дыры, погружённые в газопылевые аккреционные диски, насыщенные космической пылью и звёздным веществом. Взаимодействия объектов в этих дисках способны возбуждать гравитационные волны — рябь самой ткани пространства-времени.

Звезда дрожит, как колокол после удара. Эти дрожания — крошечные колебания яркости и поверхности — можно поймать телескопом. По частотам таких «звёздных нот» астрономы судят о том, что творится внутри: сколько звезде лет, как она устроена. Но чтобы расшифровать мелодию, раньше нужно было перебирать тысячи моделей — долго и дорого. Теперь появился инструмент PITCHFORK — нейросеть с разветвлённой архитектурой.

В звёздном потоке Андромеды — длинной ленте из звёзд, вырванных из маленькой галактики при столкновении с большой, — астрономы заметили звезду, которая светит ярче всех своих соседей. Она пульсирует: раздувается и сжимается каждые 89 дней, как сердце, которое бьётся в такт. Такие звёзды называют цефеидами второго типа, и эта — самая яркая из известных.

Солнце вращается не как единое целое: его экватор делает оборот быстрее, чем полюса. Эта разница в скорости вращения создаёт слои, которые движутся с разной скоростью — как течения в океане на разных глубинах. Учёные давно подозревали, что именно эти течения отвечают за магнитное поле Солнца, но не могли точно сказать, где именно оно рождается.

В раскалённой плазме — газе из заряженных частиц — хаотичные электрические поля работают как своеобразное сито. Медленная частица окружает себя облаком частиц противоположного заряда — поляризационной «шубой», которая экранирует внешнее поле и не даёт ему воздействовать на частицу.