close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

ВСЕЛЕННАЯ ПРОСТРАНСТВО ВРЕМЯ №4 2018

код для вставкиСкачать
пространство+время
№ 4 (1Б4) 2018
Международный научно-популярный журнал
по астрономии и космонавтике
*
В п о и ска х от вет а на вопрос о п р о и схо ж ни и ж и з н и уч е н ы м вначале следовало
вы яснит ь, от куда взялись ее сост авляю ­
щие
хи м ические элемент ы , входящ ие в
сост ав органических м олекул. О казалось,
чт о больш инст во и х возникл о в недрах
звезд — все м ы дейст вит ельно созданы из
звездной пыли».
—
*
и их роль
в сот ворении
Вселенной
«БЕЛЫЕ
ДЫРЫ»
возможный компонент
темной' материи?
НОВЫЙ ВЗГЛ ЯД НА
М ИСТЕРИИ
ё
0.
ЗА ГА Д К А
Ультрафиоле-
ТУМ АННОСТЬ
звездных
первых
товый каталог
«ЛАГУНА»
останков
галактических
окрестностей
скоплений
Галактики
к 28-летию
телескопа Hubble
СОДЕРЖАНИЕ
7 / > / J
Ш
■1
М
№ 4 (164)2018
S J
*
и их роль
в сотворении
Вселенной
«ЗВЕЗДНЫ Е Ф А Б РИ К И »
химических
элементов
• , ' . 1
&
М ИСТЕРИИ
звездных
останков
СТР. 16
Руководитель проекта, главны й редактор:
Гордиенко С. П.
Вы пускаю щ ий редактор:
М анько В. А,
Редактор:
Разм ы слович К Р. (М инск)
2
Редакционны й совет:
М итрахов Н. А. - П резидент инф ормаци­
онно-аналитического центра «Спейс-Информ», директор киевского представи­
тельства ГП КБ «Южное», к.т.н.
Рябов М. И. - старш ий научны й сотрудник
О десской обсерватории радиоастроном и­
ческого института НАН Украины , кандидат
ф.-м наук, сопредседатель М еж дународ­
ного астроном ического общества
Вавилова И. Б. - ученый секретарь Совета
по косм ическим исследованиям НАН Укра­
ины, вице-президент Украинской астроно­
м ической ассоциации, кандидат ф.-м. наук
О лейник И. И. - генерал-полковник,
д октор технических наук, заслуженны й
деятель науки и техники РФ
«БЕЛЫЕ
ДЫРЫ»возможный компонент
темной материи?
С Т Р /20
.
НОВЫ Й ВЗГЛ ЯД НА
ТУМ АННОСТЬ
Обозревая просторы
«ЛАГУНА»
к 28-летию телескопа
Гмактики
Hubble
СТР. 36
• .
ЗА ГА Д К А
СТР. 24
первых
Ультрафиоле­
товый каталог
галактических.
окрестностей
I
скоплений
Галактики
t
СТР. 38
СТР. 4 0
Андронов И. Я. - декан факультета
О десского национального м о р ско го уни­
верситета, д о кто р ф.-м. наук, профессор,
вице-президент У краинской ассоциации
любителей астроном ии
Учредитель и издатель:
ЧП «Третья планета»
Зарегистрировано Государственным комите­
том телевидения и радиовещания Украины.
С видетельство КВ 7947 от 06.10.2003 г.
Д изайн, верстка:
Кисилица Елена
1Т-сопровождение:
Голойда Андрей
© ВСЕЛЕННАЯ, пространство, время № 1 6 4 (4 ) 2018
Г
ВСЕЛЕННАЯ, пространство, время м еждународны й научно-популярны й
ж урнал по астроном ии и косм онавтике,
рассчитанны й на м ассового читателя
N00SPHERE
Technology Knowledge Humanity
3
ВСЕЛЕННАЯ
разработан Freepik
If f A N D THE UNIVERSE
Джордж Смут
А м е р и ка н с к и й а стр о ф и зи к,
Н о б е л е в ски й лауреат, про ф ессор *
К а л и ф о р н и й с ко го у н и в е р с и те та
в Б е р кл и (С Ш А)
C o s m ic C o n n e c tio n
>
G e o rg e S m o o t
A stro p h y s ic is t, N obel Laureate,
U niversity o f C a lifo rn ia Berkeley (USA)
Д о к л а д п р о ч и та н 19 и ю н я 20 17 г.
на ф естивале
STARMUS (Т ронхейм , Н о р ве ги я )
♦
П еревод:
Валерия К овеза
Р е д а кто ры перевода:
С ергей Гордиенко,
Владим ир М анько
ВСЕЛЕННАЯ
Джордж Смут
f
»
-i
Г
Джордж Фицджеральд.Смут
(George Fitzgerald Smoot III) — американский
астрофизик и космолог. Родился 20 февраля 1945 г. в Юконе (штат Фло­
рида), в 1962 г. окончил Высшую школу Верхнего Арлингтона в штате
Огайо (Upper Arlington High School, Ohio). Вначале изучал в основном
математику, после поступления в Массачусетский технологический институт занялся физикой, в 1966 г. получил степень бакалавра, в 1970' г,
-wwТ д
защитил диссертацию доктора философии в области физики частиц. Позже
сосредоточил свои интересы на космологии и перешел в Национальную ла­
бораторию Лоуренса при Калифорнийском университете в Беркли (Lawrence
Berkeley National Laboratory), где участвовал в эксперименте НАРРЕ,
в котором при -помощи стратосферного воздушного шара предпринималась
попытка обнаружения антиматерии в верхних слоях атмосферы- Земли. С
середины 1970^х переключился “ка исследования реликтового излучения.
.С помощью Луиса Альвареса и Ричарда Мюллера (Luis Alvarez, Richard
Miffle’
r) разработал дифференциальный радиометр. Этот инструмент, установленный на самолете
Lockheed’U-2, помог установить, что*полная скорость вращения Вселенйой в п р е д е л ^ точности
измерений 'равна нулю.
•
•.
.
•
•
щ
.
•
В настоящее время — профессор, физики в Калифорнийское университете в Беркли; с 2010 г: также
занимает должность 'профессора в парижском Университете Дидро. Один- %гз авторов проекта СОВЕ
'по. изучению «неоднородностей температуры реликтового фона с помощью-специального космического
аппарату. Эксперимент успешно завершился в;1992 г. По его результатам в *2006 г. Джордж Смут
•совместно с •Джоном;Мазером -(John Mather) получил Нобелевскую премию по фйзике «за открытие
анизотропии» и ’чернотёльной структуры энергетического сНектра космического фонового излуче­
ния». Ранее* в 2003 г.,. з§. свои^научсные достижения был награжден медалью Эйнштейна. В 2009 г.
.выиграл^миллион*долларов *в телешоу канала Fox (став вторым победителем в идтории этого-шоу).
• Снгррал самого-сеЬя в,одном из эпизодов сериала «Теория Большого Взрыва».
’
•
г
.*
••V
V
-v J P ;
••
4*
\ ’Л
.
И з н а ч а л ь н о я п л а н и р о в а л р а сска за т ь б о л ьш е п р о к о с м о л о г и ю , Б о л ь ш о й В зр ы в , о собы т иях, п р и в е д ш и х к в о з н и к н о в е н и ю ж у \зн и и, в к о н ц е
к о н ц о в , к ф ест ивалю STARMUS. Н о в итоге я р е ш и л , что м о й д Ъ кл а д
будет носит ь н е м н о г о и н о й характ ер: я р а с с к а ж у о к о с м и ч е с к и х сЪя-.
з я х - о том, к а к с ф о р м и р о в а л с я к о с м о с , к а к о б р а з о в а л и с ь ат омны е
я д р а , в с е х и м и ч е с к и е элем ент ы , с о е д и н е н и я и, н а к о н е ц , ж и з н ь . О с­
н о в н о е в н и м а н и е в с в о е м в ы ст уп л е н и и я хотел бы уделит ь в о п р о с у
о б р а з о в а н и я х и м и ч е с к и х элем ент ов. З д е с ь в о зн и ка ю т ' с л е д у ю щ и е
п р и н ц и п и а л ь н о в а ж н ы е в о п р о с ы : откуда о н и в з я л и с ь ? Что м ы узн а л и ,
о б и х п р о и с х о ж д е н и и с п о м о щ ь ю т е ле скоп о в и т еорет ических р а с с у ж ­
д е н и й ? К р о м е того, к а к п о я вл я ю т с я с а м ы е т яж елы е элем ент ы ? В едь,
к а к в ы в с к о р е узнает е, о б р а з о в а н и е б о л е е л е г к и х - п р о ц е с с от носи­
тельно н е с л о ж н ы й .
ВСЕЛЕННАЯ
о м е р е р а з в и т и я н а у ки
древнее и скусство ал­
хим ии приобрело со м ­
нительную
р е п у та ц и ю
ш а р л а т а н с ко й п р а к т и к и .
с о в р е м е н н ы х р е а л и я х « а л хим ия
В се л е н н о й » н а п о л н и л а с ь н о в ы м
см ы сл ом с появлением периоди­
ч е с к о й та б л и ц ы э л е м е н т о в — у н и ­
в е р с а л ь н о й схе м ы , ко т о р а я л е гк о
ум е щ а е тся на са л ф е тке . М о ж н о
с к а з а т ь , ч то в н а ш и д н и это д р е в ­
нее п о н я т и е в ка к о м -т о с м ы с л е
ве р н ул о себе д о б р о е им я.
С оврем енная «алхимия» воз­
никла на рубеже XIX и XX столетий
благодаря работам Анри Б еккереля
и М арии С кл о д о вской -К ю р и (Henri
Becquerel, M aria Sktodowska-Curie). В
результате С кло д о вска-К ю р и стала
е динственной ж енщ иной, получив­
шей целых две Н обелевских прем ии
- по хим ии и по ф изике. В частности,
награда была присуж дена за о ткр ы ­
тие в о зм о ж н о сти преобразовы вать
одни элем енты в другие, точнее -
Я
Б
того, что они м огут это делать сам и
по себе. П озж е обнаруж илось, что
этот процесс связа н с од ним из трех
о ткр ы ты х по зж е ви д о в р а д и о а кти в­
Нноо го враспада (альфа, бета и гамма).
Существует два вида «алхимии»:
распад и синтез. Первый предполага­
ет разделение тяж елого элемента на
несколько более легких, причем сум ­
марное количество протонов и ней­
тронов в новы х ядрах, ка к правило,
остается та ки м же, ка к в исходном.
Второй вид — синтез — представляет
собой процесс, при котором несколь­
ко ядер легких элементов объеди­
няю тся в одно ядро более тяжелого.
В аж ны й аспект, касаю щ ийся этого
процесса, описы вается с пом ощ ью
графика, назы ваем ого кривой энер­
гии связи. Эта энергия определяет,
насколько сильна связь м еж д у со­
ставляю щ им и атом ного ядра. График
показы вает, что у легких элементов
она относительно слаба, а при про­
движ ении далее, к более тяж елы м
ядрам, она увеличивается, достигая
м аксим ум а у атома железа, у кото­
рого энергия связи составляет около
7% от общей массы частиц, входящ их
в состав его ядра. У элементов, сле­
дую щ их дальш е по периодической
таблице в направлении урана, она на­
чинает постепенно сниж аться.
По сути, в этой з а ко н о м е р н о с ти
и з а кл ю ч е н о тве т на во прос, о ткуда
в зя л и с ь все х и м и ч е с ки е элем енты .
С ам ая пе р ва я научная работа,
в ко то р о й бы ла п р е д п р и н я та п о ­
п ы т ка о б ъ я с н и ть п р о и с х о ж д е н и е
х и м и ч е с к и х э л е м е н то в, увид е л а
с в е т в 1948 г. Она и зв е с тн а под
н а зв а н и е м «Альфа, Бета, Гамма»,
п о с к о л ь к у ее а в то р а м и б ы л и Ге­
о р ги й Гам ов, Ральф А льф ер и Х анс
Бете (R alph Alpher, Hans Bethe).
Д а н н ы е , о п у б л и ко в а н н ы е в ра­
боте, ф а кт и ч е с ки п о л учи л Гам ов
и его у ч е н и к А льф ер, а Бете они
п р и гл а с и л и с та ть со а в то р о м , ч т о ­
бы п о с л е д о в а те л ь н о с ть ф ам ил ий
бы ла с о з в у ч н а с п е р в ы м и б у кв а ­
м и гр е ч е с ко го алф авита. Работа
\
пр и н е сл а с в о и м а в то р а м Н о б ел е в­
с к у ю п р е м и ю п о ф и зи ке в 19 67 г., и
Бете ее т о ж е в п о л н е за с л у ж и л : его
д а л ь н е й ш и е и с с л е д о в а н и я п о м о г­
ли п р о л и ть с в е т на о б р а зо в а н и е
п е р в ы х а то м н ы х яд ер п о сл е Б о л ь­
ш о го В зры ва .
И м е н н о идея, л е ж а в ш а я в о с н о ­
ве э т о го труда, и по л у чи л а н а з в а ­
ние Теории Б о л ь ш о го В зры ва, в
ходе ко то р о го , к а к п р е д п о л а га л о с ь
ее а вто р а м и , р о д и л и с ь ВСЕ х и м и ­
ч е с ки е эл е м е н ты . Она т а к ж е п р и ­
вела Гам ова, Альф ера и Роберта
Герм ана (R obert H erm an) к ф орм у­
л и р о в ке о с н о в пр о це сса, и з в е с т ­
н о го на м те пе р ь к а к н укл е о с и н те з.
В то ж е вр е м я Гам ов ч а с то с п о р и л
с и з в е с тн ы м ко с м о л о го м Ф р ед о м
Х о йл о м (Fred Hoyle), ко т о р ы й бы л
н а стр о е н в о тн о ш е н и и этой теории
в е сь м а с к е п т и ч е с к и . К ста ти, он к а к
р а з и п р и д ум а л и р о н и ч н о е в ы р а ­
ж е н и е «Б ольш ой В зры в» в п о п ы т ­
ке в ы с м е я т ь и д е ю Гамова... но о н о
п р и ж и л о с ь в ка ч е с т в е о б щ е п р и ­
н я то го н а зв а н и я этой ко н ц е п ц и и .
Сам Х ойл в с о в м е с т н о й работе с
У и л ь я м о м Ф оулером , Д ж е ф ф р и и
М а р га р е т Б е р б и д ж а м и (G eoffrey
B urbidge, M a rga re t B urbidge, W illia m
Fow ler) сф о р м ул и р о в а л теорию ,
п р е д п о л а га ю щ у ю
о б р а зо в а н и е
х и м и ч е с ки х э л е м е н то в в яд рах
з в е з д в п р о ц е сс е их ж и з н е н н о го
ц и кл а, ко то р а я то ж е уд о сто и л а с ь
Н о б е л е в ско й п р е м и и п о ф и зи ке в
1983 г.
Н о к а к ж е о п р е д е л и ть , чья те ­
о р и я верна? Д л я э то го пр ид е тся
угл у б и ть ся в а с п е кт ы яд е р н о й ф и­
з и ки . Это са м а я н е п р и я тн а я с т о ­
рона ко с м о л о ги и : д л я ее п о н и м а ­
ния н у ж н о хо р о ш о р а зб и р а тьс я в
н а п р а в л е н и я х ф и зи ки , п о с к о л ь к у
р а зн ы е э та п ы с у щ е с тв о в а н и я Все­
л е н н о й о п р е д е л я ю тс я р а зл и ч н о й
ф и зи ко й . В д а н н ы й м о м е н т на с и н ­
тересует и м е н н о яд ерная.
Если тщ а те л ь н о р а с с м о тр е ть
п р о ц е с с Б о л ь ш о го В зры ва, п р е д ­
п о л а га е м ы й о д н о и м е н н о й те о р и ­
ей (а и м е н н о э ти м и за н и м а л и с ь
Гамов, А льф ер и Герм ан в 1948 г.
и п о зж е , в 1950-е), с т а н о в и т с я о че ­
в и д н ы м , ч то д л я то го , чтоб ы с л и ть
в о е д и н о а т о м н ы е яд ра - о б ъ е кты ,
в со ста в ко то р ы х в х о д я т н е й тр о ­
ны и п р о то н ы — н е о б хо д и м о пр е ­
о д о л е ть сил у э л е к т р о с т а т и ч е с ко ­
го о т та л ки в а н и я , с у щ е с тв у ю щ у ю
м е ж д у н им и, а д л я э то го по тр еб у­
ется о пр е д е л е н н а я ки н е т и ч е с ка я
ВСЕЛЕННАЯ
Современная «алхимия»: ядерный синтез и распад
л е гко е яд р о
яд р о р а д и о а кт и в н о го
эл е м е нта
д е л ени е ядра
г
п р о д у к т д е л ени я
т
вы д е л е н и е ^
э н е р ги и
^
свободны е
н е й тр о н ы
Распад
.с л и я н и е ядер
вы деление •
э н е р ги и
Синтез
т
п р о д у кт те р ­
м о я д е р н о го
с и н те за
а Превращение одних элементов в другие, о котором мечтали алхимики, постоянно про­
исходит в природе при процессах радиоактивного распада. Обратный процесс - синтез
тяжелых атомных ядер из более легких протекает в недрах звезд (а также при взрывах
сверхновых) в условиях сверхвысоких давлений и температур.
г Удельная энергия связи - величина общей энергии связи атомного ядра, приходящаяся
на один нуклон (протон или нейтрон) - возрастает у химических элементов o r дейтерия к
железу, после чего начинает снижаться. Д ля ядер тяжелее свинца она становится меньше
сил электростатического отталкивания: такие элементы не имеют стабильных изотопов.
с:
s
Copyright О 2005 Pearson Prenbce Hall. Inc.
э н е р ги я . С о о тве тстве н н о , н уж е н
м о щ н ы й н а гр е в : р а сче ты п о к а з ы ­
ва ю т, ч то на к а ж д о е а то м н о е яд ро
д о л ж н о п р и х о д и ть с я н е с ко л ь ко
д е с я т к о в м и л л и а р д о в ф отонов. В
результате о ко л о 20% м а с с ы р а н ­
ней В селенной, п о м и м о водорода,
с о с т а в и л и а то м ы гелия, и с о в с е м
н е зн а ч и те л ь н о е к о л и ч е с т в о ве щ е ­
с тв а п р и ш л о с ь на д е й те ри й, л и ти й
и б ер ил л и й. Э то все, ч то м о ж е т о б ­
р а зо в а ть с я при Б о л ьш о м В зры ве.
А р гу м е н т, ко т о р ы й и с п о л ь зо в а л
Га м о в в с в о и х с п о р а х с Х ойлом ,
о с н о в ы в а л с я на то м , что е го те­
о р ия о б ъ я сн я л а п р о и с х о ж д е н и е
99% м а с с ы м о л о д о й В селенной.
Но и м е н н о это п р е д с к а з а н и е о к а ­
за л о с ь о ш и б о ч н ы м . В о с та л ь н о м
эта те ор ия о п и с ы в а л а р а н н и е эта ­
пы на ш е го м и р а о ч е н ь непл охо:
с о гл а с н о ей, в пе р в ы е с е ку н д ы он
д о л ж е н бы л б ы ть н е о б ы ч а й н о го ­
р яч и м . О дин и з д о кл а д ч и ко в , к о ­
то р ы х вы с е го д н я ви д е л и на этой
сц е не - Р оберт В ил сон (R obert
W ilso n ) - с о в м е с т н о со с в о и м
н а п а р н и ко м А р н о П е н зи а с о м в
19 65 г. о т кр ы л то са м о е о с т а ­
т о ч н о е п о с л е с в е ч е н и е Б о л ь ш о го
В зр ы ва с п о м о щ ь ю антенны , на
ко т о р о й о н и работали. Э то т а к на ­
з ы в а е м о е р е л и кт о в о е и зл уче н и е
п р е д с та в л я е т со б о й тепло, о с т а в ­
ш ееся со вр е м е н м о л о д о с ти В се­
л е нно й , а В и л сон и П е н зи а с д о к а ­
7
ВСЕЛЕННАЯ
зали, что и сх о д и т о н о и з к а ж д о й
ее то ч ки , о то в сю д у . За с в о е о т к р ы ­
тие о н и у д о с то и л и с ь Н о б е л е в ско й
п р е м и и по ф и зи ке в 1978 г.
К р о м е того, за по дтв е рж д е ни е
это го о т кр ы т и я бы ла пр и су ж д е н а
ещ е одна Н о б ел е вска я пр е м и я ко м а нд е, п р о во д и вш е й и сс л е д о ва ­
ния с п о м о щ ь ю с п у тн и ка СОВЕ в
1992 г. Н овы е, более тщ ате л ьны е
набл ю д е ния вы яви л и, что в р е л и к­
то в о м и зл уче нии и м е ю тс я неболь­
ш ие перепады тем пературы . Эти
перепады м н о го е го во р ят об э во л ю ­
ции и свой ствах наш ей Вселенной.
О днако вернем ся все ж е к вопросу о
том, откуда взял о сь это излучение, и
ка ки м ж е образом все-таки образо­
вались хи м и че ски е элем енты .
Ч то б ы п о н я т ь , к а к и м о б р а зо м
п р о и с х о д и л п р о ц е с с н у кл е о с и н т е ­
за с р а зу п о с л е Б о л ь ш о го В зры ва ,
необходим о произвести не ко то ­
р ы е р а с ч е ты . С пер ва п р о и с х о д и т
за х в а т э л е к т р о н о в п р о т о н а м и
с о б р а з о в а н и е м н е й тр о н о в , п о ­
то м — с л и я н и е в б олее т я ж е л ы е
яд ра, но с о в с е м с к о р о в о з н и к а е т
п р о б л е м а : не с у щ е с т в у е т с т а б и л ь ­
ны х ядер с атом ной м ассой 5 и
8. Э то п р е д с т а в л я е т с л о ж н о с т ь ,
п о с к о л ь к у , ч то б ы « н а п о л н и ть »
В селенную
б ол е е
тяж елы м и
э л е м е н т а м и , н е о б х о д и м о пр е о -
▼ Первичный нуклеосинтез происходил на протяжении первых трех минут после Большого
Взрыва, когда образовавшаяся в ходе него кварк-глюонная плазма остыла настолько, что из
нее «выкристаллизовались» протоны и нейтроны Завершился он после того, как температура
и плотность новорожденной Вселенной опустились ниже необходимых для термоядерного
синтеза. Этот процесс объясняет наблюдаемое содержание во Вселенной водорода (75%),
гелия-4 (23%), дейтерия (0,003%), гелия-3 (0,004%), а также еще меньших количеств лития и
бериллия Более тяжелые элементы в ходе него образоваться не могут
История Вселенной
И с ку с с тв е н н о
достигнутая
энергия
Высокоэ н е р ге ти ч е
Ускорители
тяжелых
ионов
Протоны
(Большой
адронный
коллайдер)
вселенной
размер
ческие лучи
Инфляция
Большой
Взры в
t = время (s - секунды , остальное - годы)
Е = энергия ф отонов (в гигаэлектрон-вольтах)
о
кварк
глю он
нейтрино'
V
Р
м ю он
Р
тау
8
звезда
ион
Ы -б о з
О электрон
О латом
^
барион
Появление
реликтового излучения
фотон
*
галактика
черная
ды ра
Ф орм ирова­
ние крупно­
м асш та б н о й
структуры
Темная энер­
гия ускоряет
расширение
Y^
ВСЕЛЕННАЯ
д о л е т ь э то т б а р ь е р д о т о го , к а к
п р о с т р а н с т в о р а с ш и р и т с я (а т е м ­
п е р а ту р а и п л о т н о с т ь в е щ е с тв а
соответственно снизятся) и про­
пад ут усл овия, требуем ы е для
п о д д е рж ан и я реакци й синтеза.
С д ел а ть эти р а сч е ты н у ж н о с м а к ­
си м а л ьн о во зм о ж н о й точностью ,
у ч и т ы в а я вр е м я ж и з н и н е й тр о н а
д о н е м и н у е м о го р а с п а д а 1 - а это
о к о л о 10-15 м и н ут.
И з в с е го в ы ш е с ка з а н н о го м о ж ­
но сд е л а ть вы во д , что в пе р вы е
м гн о в е н и я св о е й ж и з н и В селен­
ная н а п о л н и л а с ь в о д о р о д о м , в
м е ньш е й сте пе н и — ге лие м , и
в д о б а в о к - с о в с е м н е б о л ьш и м
ко л и ч е с т в о м л е гк и х э л е м е нто в,
п р и ч е м все это п р о и з о ш л о м енее
чем за 10 м и нут. А д ал ее в течение
о че н ь д л и т е л ь н о го в р е м е н и не
п р о и с х о д и л о п р а к т и ч е с к и н и ч е го .2
Д л я д а л ь н е й ш е го «роста» ядер
в о с т ы в а ю щ е й В се л е нно й уж е
не хв а та л о э н е р ги и . Д л я п р о д о л ­
ж е н и я п р о ц е сса н укл е о с и н те за
д о л ж н ы б ы л и п о я в и т ь с я о б ъ е кты ,
в недрах ко то р ы х и м е ю тс я по д х о ­
д я щ и е усл о в и я д л я в о з н и к н о в е ­
ния более тя ж е л ы х х и м и ч е с ки х
э л е м е н то в . Но гр а в и та ц и о н н ы е
в з а и м о д е й с тв и я
о че н ь слабы ,
и м и к р о с к о п и ч е с к и м ч а с ти ц а м
в р а зр е ж е н н о м га зе требуется
1 «Одиночные» нейтроны, находящиеся вне
атомных ядер, весьма нестабильны и вскоре
распадаются на протон и электрон.
2 Космологи называют это время «темной
эпохой» (она началась, когда реликтовое из­
лучение из-за расширения Вселенной пере­
шло из видимого в инфракрасный диапазон,
и закончилась, когда зажглись самые пер­
вые звезды). Ее продолжительность сейчас
оценивается в 250 млн лет.
о гр о м н о е к о л и ч е с т в о врем ени,
ч то б ы б л а го д а р я е два за м е т н ы м
р а зл и ч и я м п л о т н о с т и н а ч а ть с о ­
б и р а ть ся в м а с с и в н ы е га зо в ы е
о бл а ка , в п о с л е д с т в и и с ж и м а ю щ и ­
еся п о д д е й с т в и е м со б с тв е н н о й
с и л ы тя ж е с т и , образуя зв е зд ы .
Ж и зн е н н ы й ц и кл зв е зд ы со сто ­
ит и з о че нь п р о с ты х ста д ий . В п р о ­
цессе а кт и в н о го сущ е ство ва н и я
она с ж и га е т с в о й за п а с те рм о яд е р ­
н о го то пл и ва , п р о и зв о д я все более
тя ж е л ы е элем енты , ко то р ы е уле­
ту ч и в а ю тс я со зв е з д н ы м ветром
и, в ко н ц е ко н ц о в , вы б р а сы ва ю тся
в о кр у ж а ю щ е е п р о с тр а н с тв о во
вр е м я в зр ы в а С ве рхно вой .3 П отом
эта м атерия сн о ва собирается в га ­
зо в о -п ы л е в ы е обл ака, с ж и м а е тс я
под с о б с тв е н н ы м весом , образует
сл ед ую щ ие п о ко л е н и я зве зд , пла­
неты , а в о зм о ж н о , и ж и з н ь . О днако
все тя ж е л ы е элем енты , и з ко то р ы х
с о с то я т о кр у ж а ю щ и е на с вещ и хо ть их ко л и ч е с тв о и не н а м н о го
пр е вы ш ае т 1% о т общ ей м ассы
вещ е ства во В селенной - д о л ж н ы
бы ли о ткуд а -то взя ться .
Д а в а й те р а с с м о тр и м , к а к наш е
С о л нц е « сж и га е т» во д ор о д . К на ­
ш е м у с ч а с ть ю , п р о и с х о д и т это
д о с т а т о ч н о м е д л е нно . П р о тоны
в е го не драх н о сятся с о гр о м н о й
с ко р о с т ь ю , п о ка , н а ко н е ц , не с та л ­
ки в а ю т с я и не с л и в а ю т с я . В та ­
ки х « ски та н и я х» о н и п р о в о д я т
о б ы ч н о о т года д о м и л л и а рд а
лет, а за те м за д о л ю с е ку н д ы
п р о и с х о д и т с л и я н и е в яд ро
3 Согласно современным представлениям,
взры вами сверхновых заканчивается ж и з­
ненный цикл звезд, превышающ их по массе
Солнце как минимум втрое.
д е й те ри я (п о с л е ч е го - с л и я н и е
д в ух яд ер д е й те ри я в я д р о гелия).
Р а зл и ч н ы м и п у тя м и эта р е а кц и я
вн утр и с о л н е ч н о го яд ра п р о и с х о ­
д и т п о в с е м е с тн о , и в о д о р о д п о сте ­
п е н н о « переплавл яется» в ге л ий . В
результате э то го п р о ц е сс а надра
на ш е го с в е ти л а п о сте п е н н о о б о га ­
щ аю тся гелием .
Т а ки м образом , с р о к ж и з н и Солн-
▲ Протон-протонный цикл
совокуп­
ность термоядерных реакций, в ходе кото­
рых водород превращается в гелий. Д о м и ­
нирует в звездах с массой порядка массы
Солнца или меньше, находящихся на глав­
ной последовательности (на него прихо­
дится д о 98% выделяекюй ими энергии).
Порядка 95% времени своего активного су­
ществования звезды *сжигают» водород
ВСЕЛЕННАЯ
ца ограничен. К а к и др угие звезды ,
о н о им еет свой ж и зн е н н ы й цикл, и
сл ед ую щ ая его стадия — превращ е­
ние в кр а сн о го гиганта - на ступи т
п р и б л и зи те л ь н о чер е з 5 м л р д лет.
В э то т п е р и о д о н о н а ч н е т вы б р а ­
с ы в а т ь в о кр у ж а ю щ е е п р о с т р а н ­
ство больш ое коли чество синтези­
р о в а н н о го в е го не драх ве щ е ства .
О д н а ко д о это го о тд а л е н н о го
м о м е н та ж и з н ь на З ем л е м о ж е т
н а с л а ж д а ть с я на у д и в л е н и е р а в ­
н о м е р н ы м и у м е р е н н ы м п о т о ко м
ч и с то й э н е р ги и , и с п у с ка е м о й на ­
ш ей зв е зд о й .
Но к а к ж е п р о и с х о д и т « с ж и га ­
ние» гелия? М о ж н о п р е д п о л о ж и ть ,
ч то а н а л о ги ч н ы м о б р а зо м : его
яд ра с т а л ки в а ю т с я и «слипаю тся»,
о б р а зуя ещ е более тя ж е л ы е э л е ­
м е н ты . О д н а ко тут е с ть з а гв о з д ка .
Она за кл ю ч а е тс я в том , что с л е д у ­
ю щ и й э л е м е н т - б е р и л л и й 4 - не ­
ста би л е н. Е го яд р а р а с п а д а ю тс я
с р а з у ж е п о сл е о б р а з о в а н и я за
1 0 16 с е ку н д ы - н е в е р о я т н о к о р о т ­
ки й п р о м е ж у т о к в р е м е н и . П р о ­
д о л ж и те л ьн о сти ж и зн и атом ов
б е р и л л и я н е д о с та то ч н о , чтоб ы
о н и у сп е л и с т о л к н у т ь с я с д р у ги м и
я д р а м и и п р о и з в е с т и угл е р о д .
Р еш ение э то й п р о б л е м ы п р е д ­
л о ж и л Ф р е д Х ойл: о н д о п у с т и л ,
ч то в т а к о м сл у ч а е угл е р о д м о ­
ж е т в о з н и к а т ь при с т о л к н о в е н и и
о д н о в р е м е н н о тр е х яд е р гелия,
м а сса к а ж д о г о и з ко т о р ы х в тр о е
Жизненный цикл Солнца
К р а с н ы й П л анетарная
П о с те п е н н ы й ги га н т
тум анность
р а зо гр е в
а
Я
Белы й
®
®
w \
f*
* карлик
Н аш и
Рождение
миллиарды лет
(Относительные размеры не в
масштабе)
а Чем больше масса звезды, тем выше давление в ее ядре и тем быстрее в нем идут реак­
ции термоядерного синтеза (и тем короче ее активное существование) Наше Солнце пол­
ностью «сожжет* свои водород примерно через 5 млрд лет. после чего на некоторое время
станет красным гигантом, энерговыделение которого обеспечивается реакциями на основе
гелия, а потом сбросит внеш нюю оболочку и превратится в сверхплотный белый карлик,
нагреваемый энергией гравитационного сжатия.
м е н ь ш е , ч е м м а с с а яд ра у гл е р о ­
да. С в о ю д о г а д к у о н п р е д с т а в и л
на с е м и н а р е в К а л и ф о р н и й с ко м
т е х н о л о ги ч е с к о м
и н с ти ту те , а
с п у с т я н е д е л ю бы л о р га н и з о в а н
и п р о в е д е н э кс п е р и м е н т , п о д ­
т в е р д и в ш и й эту ги п о те зу. Т е пе р ь
учены е им ели представл ение о
то м , к а к в не д р а х з в е з д м о ж е т о б ­
р а з о в ы в а т ь с я угл е р о д .
К а к ж е п р о и с х о д и т с и н те з к и с ­
лорода? О ка за л о сь, ч то д л я э то го
тр еб уе тся а то м углерода, с т а л к и ­
в а ю щ и й с я с ге лие м , п р и ч е м в ре­
зультате р е а кц и и в ы д е л яе тся з н а ­
чи те л ь н о е к о л и ч е с т в о эн е р ги и .
П ри э то м п о т р е б л е н и е угл е р о д а
д л я т а к о й р е а к ц и и не т а к у ж в е ­
л и к о — б о л ь ш а я ч а с т ь э т о го э л е ­
м е н та с о х р а н я е т с я и н а к а п л и в а ­
е тся в н у т р и з в е з д ы , ч то б ы п о то м
о ка за ть ся вы брош енной в косм ос
и с та ть о с н о в о й д л я угл е р о д н ы х
ф орм ж и з н и , по д о б н ы х наш ей.
Если рассм отреть структуру зв е з­
ды , то к ко нц у ж и зн е н н о го цикла
нако пл енны й материал в ней распо­
лагается слоям и, н а по м и наю щ и м и
луковицу: в са м о м внеш нем водо­
род «переплавляется» в гелий, глуб­
ж е - гелий в угл е р о д ки сл о р о д и та к
далее. Т а ки м о б р а зо м , образуется
ц ел ы й п о сл е д о в а те л ь н ы й р яд все
б олее тя ж е л ы х э л е м е н то в . В цен­
тре свети л а н а ка п л и ва е тся ж е л е ­
з о — наиболее стабильны й элемент.
Томнее, изотоп вВе
После окончания актив­
ного цикла звезд часть
их вещества возвраща­
ется в космическое про­
странство. участвуя в
последующих процессах
звеэдо- и планетообразования: более массивные
выбрасывают продукты
нуклеосинтеза (химиче­
ские элементы тяжелее
железа) в ходе взрывов
сверхновых, менее мас­
сивные - сбрасывают
внешнюю оболочку, обо­
гащенную
тяжелыми
элементами (до железа
включительно), на ста­
дии превращения в белых
карликов
С олнцеподобная
зв е зд а
М ассивная
зв е зд а
Красный
П р о тозвезд ная
св е р хф
тум анность
ги га н т
^
Красный
ги га н т
П л ане та р ная
тум анность
V
Ж
ТГейтронная *
зв е зд а
- •
Белый
карлик
С ве рхно вая
Ч ерная
ды ра
ВСЕЛЕННАЯ
для «переплавки» ко то ро го требует­
ся затратить больш е энергии, чем
вы свобож д ается в результате ре­
акции. Из-за этого процесс синтеза
замедляется, вы деление энергии
ослабевает и зве зд у начинает с ж и ­
м ать собственная сила тяж ести. В
результате происход ит ее гравита­
ц ионны й колл апс и она взры вается
к а к С верхновая.5
Что ж е м ы узнали об этих взр ы ­
вах невероятны х м асш табов с п о ­
м о щ ью телескопов?
На с н и м к е у ч а с т ка неба, р а с п о ­
л о ж е н н о го в Т у м а н н о с ти О риона,
за м е тн ы с п е кт р а л ь н ы е л и нии,
с о о т в е т с т в у ю щ и е р а зл и ч н ы м хи­
м и ч е с к и м со е д и н е н и я м , о б н а р у­
ж е н н ы м в о с т а тка х ж и з н е д е я те л ь ­
н о сти зв е з д . С реди них - д в у о к и с ь
се р ы S 0 2, уга р н ы й га з СО, вода...
все эти ве щ е ства п р и с у тс тв у ю т в
о б л а ке м атерии, о б р а зо в а в ш е м с я
п о сл е см е р ти свети л а . Э то зна чи т,
что в н утр и з в е з д ы си н те зи р у ю тс я
не т о л ь к о са м и э л е м е н ты , но и их
со е д и н е н и я , п р е д с та в л я ю щ и е со­
бой « к и р п и ч и ки ж и зн и » . В та ки х
т у м а н н о с т я х уч е н ы е о б н а р у ж и в а ­
ю т все н е о б хо д и м ы е с о с т а в л я ю ­
щ ие для Д Н К и в с е в о з м о ж н ы е о р ­
га н и ч е с ки е ве щ е ства . П о д об ны е
н а б л ю д е н и я п о з в о л я ю т сд е л а ть
вы во д , ч то м а териалы , из ко то р ы х
с о т ка н а зе м н а я ж и з н ь , ш и р о ко
д о с т у п н ы в о м н о ги х р е ги о н а х Все­
л е н н о й и в ы б р а с ы в а ю тс я в о гр о м ­
ном
ко л и ч е с т в е
м нож еством
з в е з д п о сл е их см ерти.
А нализируя аналогичны е вы бро­
сы звездной материи, м ы находим
те ж е сам ы е соединения, куда бы мы
ни посм отрели. П ервы х исследова­
телей потрясло количество органи­
ки, которой наполнен ко с м о с благо­
даря взр ы в ам сверхновы х. Картина
прояснилась: л е гки е элементы об­
разовались сразу после Больш ого
Взрыва, а более тяжелы е, и з которы х
состоят планеты и ж и в ы е сущ ества,
бы ли «вы кованы » в недрах несколь­
ки х покол ений з в е з д сущ ествовав­
ш их д о р о ж д е н и я С олнца.
Еще один м ом ент, вы зы ва ю щ ий
ж и в о й интерес ко см о л о го в - это
5 Энергия при взры вах сверхновы х выде­
ляется за счет неконтролируем ого грави­
тационного сжатия, лавинообразного тер­
моядерного синтеза элементов вплоть до
железа и - на ф инальной стадии - захвата
огром ного количества электронов прото­
нами с образованием нейтронной звезды.
М ассивные
звезды
незадолго д о взрыва
сверхновой имеют «лу­
ковичную» структуру:
чем ближе к центру тем выше температура
и давление, и соответ­
ственно тем более тя­
желые атомные ядра
синтезируются в тер­
моядерных реакциях.
Конечным результатом
таких процессов явля­
ется железо.
•-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------▼ Крабовидная туманность (М1) образовалась на месте вспыш ки Сверхновой 7054 г в ходе
подобных вспышек, сопровождающ их гравитационный коллапс массивных светил, возник а
ют химические элементы тяжелее железа. Второй путь их синтеза - столкновения нейтрон
ных звезд (один из таких объектов «обитает» в центре туманности и представляет собой оста­
ток взорвавшегося гиганта).
ВСЕЛЕННАЯ
► С помощ ью инстру­
мента HIFI космического
телескопа Herschel астро­
номы получили спектр
Большой
Туманности
Ориона в дальнем ин­
фракрасном диапазоне и
обнаружили в нем множ е­
ство линий излучении (на
графике показаны в виде
пиков), соответствующих
различным атомам и м о­
лекулам Это наиболее
детальный спектр обла­
сти звездообразования,
зарегистрированный
к
настоящему времени
Д иокси д
серы
Я
^
Л
А
Л
П
Л
Я
П
П
Л
П
сероводород
Катион ф ормила
М етанол
Д и о к с и д се р ы
М о н ° « с ” А Угл е р о д а
Л р м а л В Д |^
Ц и а нод ейтерий
8ода
М етанол
Синильная
кислота
I .
\
А кр и л о н и тр и л
М етилф орм иат
Ч а с т о т а (Г Г ц )
800
700
•4 Ранее фотографирова­
ние Большой Туманности
Ориона и ее спектральные
исследования производи­
лись с помощью инфра­
красного космического
телескопа Spitzer (NASA).
На сделанных им снимках
(на врезке) астрономы
заметили несколько не­
известных звезд, которые
на предыдущих изображе­
ниях не были видны изза того, что их скрывают
от нас плотные облака
межзвездной пыли. Внизу
приведен спектр туманно­
сти, полученный телеско­
пом Herschel. с указанием
некоторых химических со­
единений. излучающих в
соответствующих линиях.
М о н о к с и д у гл е ­
р о д а и у гл е р о д
М оноксид
у гл е р о д а
400
500
Д л и н а во л н ы (м км )
распространенность
хим ических
элементов. Судить о ней можно,
исходя из принципа, которы й мы
назы ваем яд ерны м статистиче­
с ки м равновесием . Он показы вает,
что при терм оядерном синтезе од­
них элем ентов образуется больше,
чем других. М еньш е всего д о л ж но
бы ть сам ы х тяж елы х ядер (тяж е­
лее железа). Это связано с тем, что
условия, необходимы е для их обра­
зования, экстрем альны : только во
время вспы ш ек сверхновых, когда
на протяжении непродолжительного
отрезка времени условия становятся
наиболее похож им и на сам Большой
Взрыв, в о зм о ж н о слияние атомов,
12
рож даю щ ее сам ы е последние эле­
менты периодической таблицы. В
таких взры вах материя распадается
на составны е части, вы свобож дает­
ся огром ное количество свободны х
нейтронов, и они - по схеме, предло­
ж енной Гамовы м - м огут захваты ­
ваться атом ны м и ядрами, увеличи­
вая их массу и образуя та ки м путем
все более тяж елы е элементы. Итак,
Вселенная состоит на 75% из водоро­
да, на 23% - из гелия, а на все осталь­
ные хим ические элементы (от лития
д о урана) приходится лиш ь 2%.
Таким образом, с по м ощ ью совре­
менны х наблюдательны х средств
м ы м о ж е м проследить, ка к образую т­
ся тяж елы е элементы, и обнаружить
места в нашей Галактике, где старые
звезды вы брасы ваю т отработанные
материалы для использования е л е
дую щ им и поколениям и светил.
В астроном ии принято говорить,
что взгляд во Вселенную - это взгляд
в прошлое, поскол ьку свету от д а л е
ких га лактик требуется м ного в р е м е
ни на то, чтобы добраться д о нас. Но
я хочу отметить, что заглянуть в про­
шлое м о ж но и с по м ощ ью изучения
ископаем ы х материалов на Земле.
Исследуя их, м ы м о ж е м проследить,
ка к вскоре после заверш ения Т я ж е
лой Бомбардировки астероидами и
ком етам и на нашей планете возникла
ВСЕЛЕННАЯ
► З везда VY Больш ого Пса
считается сам ы м крупны м
звездоподобны м объектом
М лечного Пути и з уж е от­
крытых Согласно п о сле д ­
ним оценкам, она в 30-40
р а з тяжелее Солнца, а по
р а зм ерам превосходит его
в 2000 раз. то есть, о ка за в ­
ш ись в центре С олнечной
системы, эта звезда погло­
тила бы все планеты вплоть
д о Сатурна На врезке п о ка ­
зан ее сним ок, сделанны й
с пом ощ ью прибора SPIRE
косм ического
телескопа
Herschel, а также получен­
ны й и м спектр, в котором
м о ж но идентифицировать
линии множества молекул,
содерж ащ ихся в зве зд но й
атмосфере
Светимость VY Боль­
шого П са в полм иллиона
р а з превышает светимость
Солнца (ее относят к кл а с­
су красны х сверхгигантов),
но. п о ско льку она находит­
ся от нас очень далеко, ее
н е во зм о ж но увидеть н е в о ­
оруж енны м глазом. Срок
активного существования
таких объектов не превы ­
шает пары десятков м и л ­
ли о но в лет. Часть синтезир ованны х в недрах зв е зд ы
хим иче ских элементов и
их соединений попадает в
окруж аю щ ее пространство
е*це при ее «жизни» - вм есте со сбрасы ваем ой ею
внеш ней оболо чкой и постоя нн о и спускае м ы м м ощ ны м
зве зд ны м ветром
Д л и н а во л н ы (м км )
< Рентгеновский спектр
остатка Сверхновой Тихо
(она вспыхнула в 1572 г.
и позже была отнесена к
типу 1а), полученный евро­
пейским спутником ХММ
Newton Отмечены линии
излучения отдельных элементов, синтезированных
в звездных недрах и вы­
брошенных в межзвезд­
ное пространство.
£
^
%
$
§
g
|
&
§
£
Э н е р ги я (к и л о э л е к т р о н в о л ь т ы )
прим итивная ж изнь, внутриклеточ­
ны й механизм постепенно становил­
ся все более слож ны м , потом отдель­
ные кл етки начали объединяться
в м ногоклеточны е организм ы , а со
временем появились ф ормы жизни,
напом инаю щ ие современные.
Конечно, это лиш ь несколько спо­
собов, с пом ощ ью которы х м ы пыта­
емся восстановить события, происхо­
дивш ие после Большого Взрыва, но
они в значительной степени пом огаю т
нам объяснить, ка к возникло наше
привычное окружение: откуда появи­
лись все элементы, ка к стало возм ож ­
ны м формирование новы х поколений
з в е з д планет, возникновение подхо­
дящ их условий для жизни. Конечно,
это не универсальные ответы. Струк­
тура и хим ический состав различных
планет могут сильно отличаться друг
от друга: например, у одних ядро уже
остыло, а у других - все еще раска­
лено. Возможно, если бы условия на
Земле были более благоприятными,
ж изнь могла бы появиться и развить­
ся намного быстрее. Однако осново­
полагающ им ф актом остается то, что
все элементы, входящие в состав и
необходимые для ж ивы х организ­
мов, возникли в результате Большого
Взрыва и жизнедеятельности пред­
шествующих поколений звезд.
Н есомненно, со времен Больш ого
Взры ва произош ло м н о ж е ств о со ­
бы тий, представляю щ их научны й
интерес, но я специализирую сь
на изучении процессов, им евш их
место в первы е три м инуты сущ е­
ствования наш ей Вселенной: от
образования протонов и нейтронов
до ф орм ирования первы х атом ны х
ядер. Д алее из этой первичной ма­
терии сф орм ировались атомы , са­
м ое раннее поколение зве зд и пер­
вы е га л а ктики . И хотя соврем енная
хим ия не заним ается превращ ени­
ем железа в золото, м о ж но ска ­
зать, что, узнав о происхож дении
элементов, м ы раскры ли секрет
алхим ии Вселенной. ■
13
ВСЕЛЕННАЯ
NASA/CXC/M.W eiss
«ЗВЕЗДНЫЕ ФАБРИКИ»
химических элементов
Одна из сам ы х извест­
ны х ф раз Карла Сагана
гласит, что все м ы сдела­
ны из зве зд н о й пы ли. На
са м о м деле это не худо­
ж е стве нно е преувеличе­
ние: фраза весьм а непло­
хо о пи сы ва е т реальную
картину. Все элем енты
тяж елее бериллия во Все­
ленной обр а зо ва л ись в
результате р а зл ичны х про­
цессов, та к или иначе свя­
за нны х с эво л ю ц и ей зве зд
или их производ ны х.
Значительный вклад в
производство тяж елы х эле­
ментов внесли сверхновые.
Их по праву м о ж н о назвать
«звездны м и фабриками».
Вещество, вы брасы ваемое
ими в окруж аю щ ее про­
странство, сделало воз­
можны м
ф ормирование
кам енисты х тел, в том чис­
ле и нашей Земли.
С о вр е м е н н ы е те л е ско ­
пы , ведущ ие набл ю д е ния
п р а кт и ч е с ки в о всех д и а ­
па зо н а х э л е кт р о м а гн и т ­
н о го спе ктр а , о т кр ы л и
перед н а м и неве р о ятно е
р а зн о о б р а зи е
о с та тко в
с в е р хн о в ы х и п о зв о л и ­
ли у в и д е ть п р о ц е сс р а з­
лета вы б р о ш е н н о го при
их взр ы в а х вещ ества во
всем его ве л ико л е пи и.
Остаток С верхновой К ассиопея А
Остаток С верхновой Тихо
Остаток
Сверхновой
получивш ей
св о е н а зв а н и е в че с ть
в е л и ко го д а т с к о го а с тр о ­
н о м а Тихо Б р а ге (Tycho
Brahe) - и м е н н о о н 6
ноября 1572 г. за м е ти л
п о я в л е н и е на небе но ­
во й я р ко й з в е з д ы и вн ес
зн а ч и те л ь н ы й в к л а д в
ее изуче н и е . Э тот д е нь
сч и та е тс я к о н ц о м п р е д ­
с та в л е н и й о в е ч н о с ти и
неизм енности
«сферы
н е п о д в и ж н ы х звезд».
Представленный
с н и м о к п о л уче н р е н т­
ге н о в с к и м
те л е с ко п о м
C handra. К р а с н ы м ц ве то м
о б о зн а ч е н о
и зл уче н и е
н и з ко э н е р ге т и ч е с ко й ч а ­
сти д и а п а зо н а , н а б л ю д а е ­
м о го э ти м и н с тр у м е н то м .
Его и с п у с ка е т ве щ е ство ,
в ы б р о ш е н н о е во вр е м я
в зр ы в а . Голубы м ц ве то м
п о ка з а н ы р е н тге н о в с ки е
ф отоны в ы с о к и х э н е р ги й .
Они с о о т в е т с т в у ю т уд а р ­
ной волне, н а с ы щ е н н о й
в ы с о ко э н е р ге ти ч е с ки м и
э л е кт р о н а м и , и о б р а зу ю т
н е о б ы ч н ы й узор, с о с то ­
ящ и й из по л о с. П одоб ­
н ы е с т р у кт у р ы ранее не
н а б л ю д а л и с ь в д р у ги х
о с т а тка х с в е р хн о в ы х.
наиболее м ощ ны й ра­
диоисточник
з е м н о го
неба (н е с ч и т а я С о л нц а ),
о т к р ы т ы й в 1 9 4 8 г. Д в а
го д а с п у с т я в то й ж е т о ч ­
ке н е б е с н о й сф е ры у д а ­
лось ид ентиф ицировать
слабую тум анность, по­
с л е ч е го а с т р о н о м а м
стал о ясно, что они
им ею т дело с остатком
С верхновой,
вспы ш ка
ко то р о й д о л ж н а бы ла
набл ю даться во второй
п о л о в и н е XVII в е к а . Тем
не м е н е е , н е с м о т р я на
ее б л а го п р и я т н о е р а с ­
по л о ж е н и е дл я ж ителей
С е в е р н о го
полуш ария,
н и к т о и з у ч е н ы х т о го
времени н и ка ко й подоб­
н о й в с п ы ш к и не в и д е л
(в о в с я к о м с л уча е , д о ­
стоверны е
сообщ ения
о б э т о м о т с у т с т в у ю т ).
В о з м о ж н о , это с в я з а н о
с больш им количеством
пы ли, вы брош енной при
в з р ы в е з в е з д ы и п о гл о ­
тивш ей изл учение о п ти ­
ч е с к о го д и а п а з о н а .
П риведенное изобра­
ж е н и е с о с т а в л е н о на
основе данны х, полу­
ч е н н ы х п р и ф о т о гр а ф и ­
ровании в видим ом све­
те т е л е с к о п о м H u b b le
(з о л о т и с т ы й у с л о в н ы й
ц в е т ), и с н и м к о в р е н т ­
ге н о в с ко го те л е ско па
C handra (к р а с н ы й , з е л е ­
н ы й , го л у б о й ц в е т а ). На
вр е зке по ка за н а пред­
п о л а га е м а я с т р у к т у р а
нейтронной
звезды ,
располож енной в цен­
тре о ста тка .
Н ейтронны е звезд ы
являю тся са м ы м и пл от­
ны м и м атериальны м и
о б ъ е кта м и В селенной.
По м ере п о гр у ж е н и я
к ц е н т р у их п л о т н о с т ь
увеличивается.
О ран­
ж е в ы м ц в е т о м на с х е м е
о б о зн а ч е н а кора, кр а с ­
ны м - ядро, вероятно,
со сто я щ е е из тве р д о й
внеш ней обол очки и
сердцевины , вещ ество
в ко то р о й пребы вает в
«све р хте куче м » с о с то я ­
нии.
находится в Больш ом
М агеллановом
Облаке,
на расстоянии око ло 160
тыс. световы х лет. И но­
гда его образно н а зы ва ю т
« ко см и ческой пулей». Это
связано с тем, что на с н и м ­
&
Остаток С верхновой N 49
*2
5 .
г
"та ’
-Й ъ
| лШ
\
*
Л
•
••
i' rlU '
ж .
ТЧ
« fJ l
//
Jr
.*
:
Г *» ^ 4
Hju
Точечны й источник
•
•
M
L
*
.. '
' » I* M
\
I R
L
:
-гау (NASA/CXC/MIT/D. Dewey et
' ■& NASAjCXC/SAO/J. DePaspuale),
pticaH N A S *$S T$cl) .
ках, сделанны х рентгенов­
с ки м телескопом Chandra,
астроном ы идентиф ициро­
вали объект, д в иж ущ ийся
со с ко р о с ть ю око ло 1400
к м /с от располож енно­
го в центре N49 м ощ ного
исто чника р е нтге но вско ­
го и гамма-излучения, по
всей видим ости, представ­
ляю щ его собой нейтрон­
ную звезду.
Остаток
Сверхновой
N49
Остаток С верхновой в соседней галактике
В ч е с ть 10-летия начала с в о е й ра бо ты на о ко л о з е м н о й ор бите ко с м и ч е с ки й те л е с ко п C handra
сф о то гр а ф и ро вал
о д ин
и з наиб олее уд а л е н н ы х
и з всех и з в е с тн ы х о ста тко в сверхновы х —
в М а л о м М а ге л л а н о в о м
О блаке (р а с с то я н и е д о
не го о ц е н и в а е тс я в 190
ты с . с в е т о в ы х лет). З д е сь
е го р е н тге н о в с ки й сним о к пр е д ста в л е н налож е н н ы м на и зо б р а ж е н и е
в о п т и ч е с к о м д и а п а зо н е ,
п о л у че н н о е о р б и та л ь н о й
о б с е р в а то р и е й Hubble.
. * ••г
к
•
J
чПупя*
У
S'
.
J
Остаток С верхновой SN 7006
Остаток
Сверхновой
SN 1006
удален от нас на 7100 свето­
вых лет. Она наблюдалась
на зем ном небе китайскими
и арабскими астрономами в
1006 г. Согласно летописям,
звезда светила столь ярко,
что ночью в ее сиянии были
хорош о различимы предме­
ты. Некоторы е вниматель­
ные астрономы сумели раз­
глядеть ее в дневное время.
та кж е
и з­
вестны й к а к тум анность
«Медуза», располож ен на
расстоянии 5 ты с. свето­
вы х лет от Солнца. Д анное
изображ ение составлено
по результатам съ ем ки
орбитальной гам ма-обсер­
ватории Fermi (пурпурны й
условны й цвет) и инфра­
кр а сно го телескопа WISE
(синий цвет соответствует
излучению с дл иной вол­
ны 3,4 м км , голубой — 4,6
м км , зелены й - 12 м км ,
кр а сны й - 22 м км ); ж ел­
ты й цвет отображает ви­
д и м ы й диапазон. Голубые
петли ука зы в а ю т на реги­
оны, где вещ ество, вы бро­
ш енное при взры ве сверх­
новой,
взаим одействует
с пл отны м и облакам и
м е ж зв е зд н о го газа.
15
История проблемы
П ервы й пул ьсар о т кр ы л а в се р ед ине 1967 г. Д ж о с лин Белл (Jo ce lyn Bell Burnell) - с туд е н тка ке м б р и д ж ­
с к о го К о л л е д ж а М ю рр е я Э двардса. Р а диоим пул ьсы ,
прихо д ящ ие из о дной и той ж е т о ч к и небесной сф еры с
по чти ид еа л ьно й п е р и о д и чн о с ть ю , пона чал у п о с ч и та ­
ли си гн а л а м и о т вн е зе м н о й ц и ви л и за ц и и . К о гд а та ки х
« зве зд н ы х м а я ко в » о т кр ы л и д о с та то чн о м но го , а стр о ­
н о м ы понял и, что и м е ю т дело с н е и зв е с тн ы м ф изиче­
с к и м ф еном еном , не и м е ю щ и м отнош ени я к «братьям
по разуму».
В то м ж е 1967 г. и та л ь я н с ки й а с тр о н о м Ф р а н ко
П ачини (Franco P acini) пр е д л о ж и л инте р е сную интер­
п р е та ц и ю те о р е ти ч е ско й м одели т а к н а зы в а е м о й ней­
тр о н н о й зв е зд ы - объ екта, с ж а т о го св ое й гр а в и та ц и ­
ей д о та ко й степени, что п р а кт и ч е с ки все э л е ктр о н ы в
с л а га ю щ и х его а том а х «упали» на п р о то н ы с о б р а зо ва ­
нием не й тр о н о в. Т а ко й сц е нар и й о писа л и ещ е в 30-е
годы Вальтер Бааде и Ф р и ц Ц в и кк и (W alter Baade, Fritz
Zw icky). По за ко н у со хр а нени я м о м ента им пул ьса при
с ж а ти и о т разм еров, во м н о го раз п р е в ы ш а ю щ и х д и ­
а м е тр Солнца, д о сф еры р а д иусо м 10-15 км с ко р о с т ь
16
вращ ения о б р а зо в а в ш е го с я тела д о л ж н а по л учи ться
пр о сто ги га н т с ко й — д о н е с ко л ь ки х сотен о б о р о тов в
секунду. К а к п о ка за л Ф р а н ко П ачини, если исход ны м
телом , п о д в е р гш е м ся сж а ти ю , бы ла зв е зд а - значит,
она обладала м а гн и тн ы м полем , ко то р о е т а к ж е д о л ж ­
но со хр а н и тьс я и в д о б а в о к ста ть в м и л л и о н ы раз
м ощ нее. У п о л ю с о в т а ко го « све р хпл о тно го м агнита»
будут р а спо л о ж е н ы св о е о б р а зн ы е « горячие пятна», и з­
л уча ю щ ие в ш и р о ко м с п е ктр а л ь н о м д и а п а зо н е . Когда
ВСЕЛЕННА
в результате вращ ения о д но и з та ки х пятен о ка ж е тс я
по в е р н уты м в сто р о н у н а зе м н ы х наблю дателей, они
ув и д я т в с п ы ш ку или за р е ги с тр и р у ю т ра д ио им пул ьс.
С в о йств а объ екта, о т кр ы т о го Д ж о с л и н Белл, п о л н о ­
с т ь ю под ход ил и по д та ко е о писа ни е. П о зж е о н и его
а на л о ги по л учи л и н а зва н и е пульсаров.
К н а сто ящ ем у врем ени ч и сл о о т кр ы т ы х пул ьсаров
п р е вы си л о 1800, п р и ч е м д в а и з них уд ал ось обна р у­
ж и т ь в д р уги х га л а кт и ка х (Б о л ьш о м М а ге л л ано вом
О блаке и Т ум а нности А н д р о м е д ы ). В ы яснилось, что
они о тл ича ю тся б ол ьш им р а зно о б ра зи е м : их периоды
л е ж а т в д и а п а зо н е о т 1,4 м и л л и с е ку н д д о 8,5 се кунд , у
н е ко то р ы х о б ъ е кто в они м е ня ю тся, а ча с ть из них и н о ­
гда на вр е м я пе рестает пул ьсир о ва ть. Всем этим фе­
н о м е н а м учены е пы та ю тся найти о бъ яснения. О сенью
1991 г. у пульсара PSR В125 7+ 1 2 по и зм е н е н и ю ч а с то ­
ты его и м п ул ь со в бы ли вы явл е н ы пл ан ето по д о б ны е
сп у тн и ки , ста вш и е п е р в ы м и п о д тв е р ж д е н н ы м и пл ан е ­
та м и за пределам и С олнечной систем ы .
В поисках
сверхплотного вещества
П ульсары пр е д ста вл яю т о гр о м н ы й интерес для уче­
ных, п о ско л ь ку м атерия в них находится в та ки х усл о в и ­
ях и форме, ко то ры е не м о гут б ы ть получены в зе м ны х
лабораториях (в о в с я ко м случае, со вр е м е н н ы е техно­
л о ги и нам то чн о этого не по зво л яю т). Их изучение м о ­
ж е т п р е д о ста ви ть нам м н о го интересной инф орм ации
о св о й ств а х элем ентарны х частиц, а т а кж е о в о з н и кн о ­
вении и эво л ю ц и и В селенной. К сож а л е нию , все м ето­
д ы их исследований п о ка свод ятся к а стр о н о м и ч е ски м
набл ю дениям в р а зл ичны х с п е ктр а л ь н ы х диапазонах.
Б ли ж айш и й пульсар, и м ею щ и й о бозначени е J04374715, находится от нас на расстоянии 512 св ето вы х лет.
И им ен но с его по м о щ ь ю а стр оно м ы надею тся реш ить
одну из са м ы х сл о ж н ы х проблем астроф изики.
Нейтронная звезда со сверхмощным магнитным полем в пред
ставлении художника. Сверху и снизу ви д н ы «горячие пятна».
К а к уж е у п о м и н а л о сь , пул ьсары и с п у с ка ю т в с п ы ш ­
ки и зл уче ния в ш и р о ко м д и а п а зо н е сп е ктр а , в том
числ е в его в ы с о ко э н е р ге ти ч е с ко й части - р е н тге ­
н о в с к и х и гам м а-лучах. Их м о ж е т за р е ги стр и р о в а ть
с п е ц и а л ь н ы й р е н тге н о в с ки й те л е ско п NICER (N eutron
sta r Interior C o m p o sitio n ExploreR), у с та н о вл е н н ы й на
внеш ней п о в е р хн о сти М е ж д ун а р о д н о й ко с м и ч е с ко й
ста нц и и. Он получает д а н н ы е об эне рги и ка ж д о го
ф отона и о то ч н о м врем ени его «прибы тия». П осле
п р е д в ар и те л ьно й о б р а б о тки этих на бл ю де ний , ко то ­
рая, к а к о ж ид ае тся, за ве р ш ится летом те кущ е го года,
учены е с м о гу т с хорош ей т о ч н о с т ь ю о ц е н и ть д и а м е тр
пульсара. А это, к а к о бъ ясни л а в с в о е м вы ступл е ни и
на со б ра нии А м е р и ка н с к о го ф и зи ч е ско го общ ества
со тр уд ниц а Университета А льберты Ш эр он М о р с и н к
(Sharon M orsink, U niversity o f A lberta, Canada), д а ст нам
в о з м о ж н о с т ь лучш е понять, к а к ве д ет себя м атерия в
э кс тр е м а л ь н ы х усл о в и я х н е й тр о н н о й зве зд ы .
«Сущ ествует м н о ж е с тв о р а зл и ч н ы х м е тодологий,
Слияние двух нейтронных звезд сопровождает­
ся мощным взрывом, для которого астрономы
придуглали название «килоновая» Предполага­
ется, что в ходе таких событии синтезируются
ядра тяжельтх химических элементов, после
чего они рассеиваются в космическом про
странстее. В частности, таким путем возник/та
основная часть ядер тяжелее железа - селен
(атомный номер 34\ рутении (44). барий (56),
неодим (60). эрбий (68), платина (78), золото (79)
Позже все они участвуют в формировании но­
вых поколений звезд и планет.
Элементы до железа включительно синтези
руются при взрывах сверхновых (гравитаци
онном коллапсе массивных звезд после пол
ного исчерпания в их недрах термоядерного
«горючего»), в результатекоторых и появляются
нейтронные звезды Иногда они образуются в
двойных системах после чего такая пара сверх­
плотных объектов на протяжении миллиардов
лет обращается вокруг общего центра масс по
медленно сокращающейся орбите, пока не стол­
кнется закончив свое существование вспыш­
кой кипоповой.
ВСЕЛЕННАЯ
придум анны х для того, чтобы вы яснить, к а к вела бы
себя сверхплотная материя, но все они плохо согласую т­
ся м е ж д у собой, — объяснила ученая, входящ ая в состав
рабочей группы NASA по определению д иам етров пуль­
саров. - И результаты этого несогласования м о гут бы ть
проверены , потом у что ка ж д ая м етодика п р е д сказы ва ­
ет, н а ско л ь ко велика д о л ж на бы ть нейтронная звезда».
В принципе, очевидно, что реш ение за га д ки сверхплот­
ного вещ ества за кл ю че н о внутри наиболее плотны х
объ ектов Вселенной. И ра скр ы ть эту тайну м ы не можем ,
пока не узнаем их точны е разм еры (а следовательно — и
плотность).
Ф изика частиц
в глубоком космосе
По словам одного из р азраб отчиков телескопа NICER
Завена А рзуманяна, нейтронны е зве зд ы - сам ы е воз­
мутительны е объекты , о которы х больш инство лю дей
никогд а не слыш али. Ф а кти ч е ски они представляю т со­
бой о статки ядер м ассивны х з в е з д взорвавш ихся ка к
сверхновы е после заверш ения в них реакций терм оя­
дерного синтеза и последую щ его гравитационного ко л ­
лапса. П ока м ы не видели вблизи ни одного подобного
объекта и м о ж е м судить о них то л ько по теоретическим
расчетам, п р е д сказы ва ю щ и м для них диам етр порядка
20 км . Когда астроном ы получат во зм о ж н о с ть сравнить
эти предсказания с результатами изм ерений реальны х
значений (для чего и создавался NICER), они см огут су­
щ ественно сузить вы бор теоретических моделей и полу­
чить представление о том, что происходит внутри пуль­
саров. Все, что нам известно на данны й м о м ент — это то,
что материя ведет себя там очень странно.
18
Если разм еры нейтронны х зве зд нам по ка неизвест­
ны, то массу некоторы х из них удалось изм ерить с непло­
хой точностью . Например, масса J0437-4715 в 1,44 раза
больш е солнечной - это значит, что плотность пульсара
зам етно вы ш е плотности атом ного ядра, то есть он явля­
ется са м ы м пл отны м из всех известны х материальны х
объектов.
При та ких экстр е м а л ьны х плотностях материя ве­
дет себя соверш енно не так, ка к м ы привы кл и. Значи­
тельную роль в ее поведении и гр а ю т уже не протоны и
нейтроны , а кв а р ки — крош ечны е частицы , из которы х
состоят и нейтроны , и протоны , и электроны . К вар ки не
м огут сущ ествовать свободно, сам и по себе: они всегда
объединены в какую -то из элем ентарны х частиц (состо­
ящ их из трех различны х кв а р ко в каж дая). О днако, ко г­
да вещ ество до стига е т экстр е м а л ьны х плотностей, они
м огут образовы вать более крупны е и сл ож ны е частицы
или, во зм ож но , переходить в совсем уж е загад очную
ф орму - « квар ко вы й суп». Все эти варианты , та к или
иначе, будут отраж аться на плотности пульсаров, а зна ­
чит - и на их размерах. Вот почему их желательно изм е­
рить с к а к м о ж н о лучш ей точностью . И сследования ней­
тронны х зве зд им е ю т и вполне зем ное применение: в
частности, их результаты пом огут вы яснить, к а к отдель­
ны е нейтроны располагаю тся в ядрах атом ов элем ентов
конца периодической таблицы , что в а ж н о для ядерной
ф изики и энергетики.
Что измеряет NICER
Б ольш инство нейтронны х звезд, по словам Ш эрон
М орсинк, им еет диам етр от 20 д о 28 км , хотя, по всей
видим ости, сущ ествую т и «мелкие» экзе м пл яр ы - раз-
у Ком пью т ерная
сим уля­
ц и я в н е ш н е г о в и д а т елеско­
па NICER, у ст а н о в л е н н о го на
в н е ш н е й п о в е р хн о ст и М е ж д у н а р о д н о й к о с м и ч е с к о й стан­
ц и и (его ф отографий п о с л е
у ст а н о в ки п о к а не имеет ся).
Т е л е с ко п предст авляет с о б о й
куб и ч е скую конст рукцию л е ­
вее центра и з о б р а ж е н и я , на
п е р е д н е й п о в е р хн о ст и кот орой
располож ены ц илиндрические
структуры, с л у ж а щ и е д л я ф о­
к у с и р о в к и р е н т г е н о в с ки х л у ч е й
н а детекторах
Нейтронная звезда в разрезе
С помощью рентгеновской спектроскопии специалисты NASA хотят получить
информацию о внутреннем строении нейтронных звезд - самых плотных
объектов Вселенной
Внешняя кора
атомные ядра, свободные электроны
Внутренняя кора
тяжелые атомные ядра, свободные нейтроны и электроны
Внешнее ядро
«квантовая жидкость» фактически смесь прото­
нов, нейтронов и
электронов
Внутреннее ядро
неизвестное сверхплот­
ное состояние материи
(при котором элемен­
тарные частицы,
возможно, распадаются
на составляющие их
кварки либо переходят в
форму т.н. гиперонов)
Атмосфера
Пучки рентгеновских лучей, испускаемые
из магнитных полюсов нейтронной звезды
и вращающиеся вместе с ней
•гг
м е р о м д о 16 км . Это о че н ь у з ки й д и а п а зо н с то ч ки
зр е н и я а стр о н о м и и ... но, тем не менее, он н е д о с та ­
т о ч н о у з о к, чтоб ы п о л у ч и ть о тв е ты на в о п р о с ы , к о т о ­
р ы е и н те р е сую т а с тр о ф и зи ко в . Д л я более д е та л ь н о й
и н ф о р м а ц и и о н и и з у ч а ю т р е н тге н о в с ки е лучи, и с х о ­
д я щ и е о т б ы с т р о в р а щ а ю щ и х с я « го р яч и х то ч е к» на
п о в е р х н о с т я х п ул ь са р о в. Хотя п о с л е д н и е и я в л я ю тс я
н е в е р о я тн о к о м п а к т н ы м и и, по -в и д и м о м у , п о ч ти о д ­
н о р о д н ы м и сф ерам и, их м а гн и т н ы е поля в ы з ы в а ю т
вы те сн е н и е э н е р ги и и з не д р к ве р х н и м с л о я м . С п о ­
м о щ ь ю те л е ско п а NICER гр у п п а М о р с и н к со б ирается
и зу ч и ть д в е вещ и. В о-первы х, т о ч н о и з м е р и в п е р ио д
п ул ьсац ий , а т а к ж е ф орм у и м п у л ь с о в , уч е н ы е х о тят
о п р е д е л и ть с к о р о с т ь вр а щ е н и я их и с т о ч н и ко в . Не
и с кл ю ч е н о , что и м уд астся д а ж е з а р е ги с т р и р о в а т ь
д о п л е р о в с ки й с д в и г л и н и й изл уче ния , в ы зв а н н ы й
п р и б л и ж е н и е м и уд ал ен ие м я р к о го пя тн а. В о-вторы х,
гр а н д и о з н ы е м а сс ы н е й тр о н н ы х з в е з д о б я за н ы в ы ­
з ы в а т ь р е л я т и в и с т с ки е эф ф екты в их о кр е с т н о с т я х —
в ч а с тн о с ти , н а б л ю д а те л и н а д е ю тс я о б н а р у ж и ть в ы ­
с о ко э н е р ге т и ч е с ки е ф отоны , и зл у ч е н н ы е в то врем я,
ко гд а «гор яча я то ч ка » п о в е р н ута в сторону, п р о т и в о ­
п о л о ж н у ю н а п р а в л е н и ю на З е м л ю , путь ко т о р ы х о к а ­
за л ся и з о гн у т м о щ н о й гр а в и та ц и е й с в е р х п л о т н о го
о б ъ е кта . К о л и ч е с т в о т а ки х ф ото но в т а к ж е п о м о ж е т
у то ч н и ть р а д и ус пульсара.
И сс л е д о в а н и я с п о м о щ ь ю те л е с ко п а NICER в е д ут­
ся уж е п о ч ти го д (он бы л уста н о в л е н на М КС в и ю не
2 0 1 7 г.), и рабочая гр уп п а пр и б о р а б л и з ка к п у б л и ка ­
ц ии с в о и х ре зул ьта то в. По кр а й н е й мере, т а ко е о б е щ а ­
ние о зв у ч и л а Ш эр о н М о р с и н к чл е н а м А м е р и к а н с к о го
ф и з и ч е с ко го о бщ е ства , о б ъ я сн и в , ч то д л я л учш ей д о ­
с т о в е р н о с т и н е о б х о д и м о н а б р а ть с т а т и с т и ку по к а к
м о ж н о б о л ь ш е м у ч и с л у ф отонов. С ейчас ко м а н д а
с п е ц и а л и с то в п р и с ту п а е т к и з у ч е н и ю сл е д у ю щ е го по
уд а л е н н о сти пул ьсара, на хо д я щ е го ся о т С ол не чно й
с и с те м ы п о ч ти в д в о е д а л ьш е, чем J 0 4 3 7 -4 7 1 5. П р е д ­
в а р и те л ь н ы е д а н н ы е об этом о б ъ е кте у ж е и м е ю тс я , и,
в о з м о ж н о , у ж е к ко н ц у лета м ы будем з н а т ь то ч н ы е
р а д иусы д в ух б л и ж а й ш и х н е й тр о н н ы х зв е зд .
19
«БЕЛЫЕ
ДЫРЫ» возможный компонент
темной материи?
В
м атем атических
уравнениях, описы ва­
ю щ их наш у В селенную ,
о н а в ы гл я д и т ид еа л ьно
с и м м е т р и ч н о й : ка ж д о й
ч а с ти ц е д о л ж н а с о о т в е т ­
с т в о в а т ь а н ти ч а с ти ц а , а
«стрела в р е м е н и » м о ж е т
б ы ть на п р а вл е н а к а к в
прош лое, т а к и в будущ ее.
На п р а к т и к е все о к а з ы ­
вается н е м н о го с л о ж ­
нее - н а ч и н а я хотя бы с
п о д а в л я ю щ е го п р е о б л а ­
д а н и я ве щ е ства над а н­
т и в е щ е с т в о м и уп р я м о й
«однонаправленности»
те че ния вр е м е ни . М н о ги е
и з этих н е со о тв е тс тв и й
20
уч е н ы е п о ка не с м о гл и
уб е д и те л ьн о объ яснить...
но и м е н н о т а ки е п а р а ­
д о к с ы и с л у ж а т л у чш и м
с ти м у л о м д л я р а зв и ти я
на уки .
П о хо ж и й сл уча й пр о ­
изош ел с те ор е ти че ско й
п р о т и в о п о л о ж н о с ть ю
и
без т о го за га д о ч н ы х чер­
н ы х д ы р - т а к н а зы ва е ­
м ы м и «белы м и ды рам и».
Эти о б ъ е кты т а кж е и м е ­
ю т го р и з о н т со б ы ти й сфе­
р и ч е с ко й ф орм ы , вн утрь
ко т о р о го н и ч то не м о ж е т
п р о н и кн у ть - ни материя,
ни изл учение (в п р о ти в о ­
п о л о ж н о с ть ч е р н ы м д ы ­
рам, гр а в и та ц и я ко то р ы х
н а с то л ь ко м ощ ная, что
и з них н и ч то не м о ж е т
вы р в а ть ся ). Они п р е д с ка ­
зы в а ю тс я вы чи сл е н и ям и ,
о д н а ко д о с то в е р н о под­
тв е р д и ть их су щ е с тв о ­
ва ни е п о ка не удалось.
По вн е ш н е м у ви д у они
д о л ж н ы б ы ть п о х о ж и на
о че нь я р ки е зв е зд ы со
с в о е о б р а зн ы м сп е ктр о м .
С огласно с о в р е м е н н ы м
п р е д ста вл е ниям , черны е
и белы е д ы р ы м о гу т б ы ть
св я за н ы : м атерия и эне р ­
гия, «прова л и ва ю щ ие ся»
в че р н ую ды ру, по те нци­
ально м о гу т и зв е р га ть ­
ся из белой д ы р ы либо
где-то в д а л е ко м ко с м о ­
се, либо вообщ е в др уго й
всел енной.
Н е ко то ры е
исследователи счита ю т,
что ср а зу посл е р о ж д е н и я
белы е д ы р ы р а спа д а ю тся
в ходе процесса, н а п о м и ­
н а ю щ е го Б ольш ой В зры в
(для него п р и д ум а л и на­
зв а н и е «М алы й В зры в» —
S m all Bang).
В 1970-х годах б р и та н ­
с к и й а с т р о ф и з и к С тивен
Х о к и н г (S tephen H a w king)
в ы с ка з а л
предполож е­
ни е о том , ч то чер ны е
ды ры дол ж ны м едленно
« испаряться», пр е о бр а зуя
ВСЕЛЕННАЯ
с в о ю м а с с у в изл уче ние ,
Н е ко то р ы е из них м о гу т
те ря ть б ол ьш е м а ссы ,
чем получаю т и з в н е - т а ки е о б ъ е кты , в ко н е ч н о м
счете, с п у с тя д о с т а т о ч н о
больш ое время просто
и сч е зн ут. В 2 0 1 4 г. К а р л о
Р овелли,
ф изик-тео р е т и к из Э кс -М а р с е л ь с ко го
у н и в е р с и те та во Ф р а н ц и и
(C arlo Rovelli, A ix -M a rs e ille
U niversite), и е го ко л л е ги
п р е д п о л о ж и л и , ч то черн ы е и белы е д ы р ы м о гу т
б ы ть с в я з а н ы ещ е и та*
к и м с п о с о б о м : к о гд а черны е д ы р ы « ум и ра ю т» —
о н и с та н о в я тся б ел ы м и ,
Более то го : о б р а зо в а в ш иеся т а к и м или и н ы м
с п о с о б о м белы е д ы р ы ,
те о р е ти ч е с ки я в л я ю щ и еся т о ч н ы м и п р о ти в о п о л о ж н о с т я м и черны х,
п о те н ц и а л ь н о с п о с о б н ы
составл ять
зна чи тел ьн ую ч а с ть та и н с т в е н н о й
т е м н о й м атерии, ко то р а я
н и к а к не п р о я в л я е т себя
т На этом снимке, полученном космическим телескопом Hubble, за­
печатлено богатое галактическое скопление Abell 3827 Необычные
голубоватые структуры, окружающие центральные галактики - гравитационно-линзированное изображение значительно более удаленного
объекта, находящегося за скоплением Наблюдения четырех сливаю
щихся галактик, расположенных в центре снимка, свидетельствуют
о том. что темная материя вокруг одной из них не движется вместе с
этой галактикой, что может указывать на наличие взаимодействий не­
известной природы с участием невидимой материи (ее распределение
приблизительно показано синими контурными линиями).
ВСЕЛЕННАЯ
посредством
э л е кт р о ­
м а гн и т н о го
изл учения,
о д н а ко на нее п р и х о д и т­
ся п р и м е р н о тр и ч е тв е р ­
ти всей гр а в и ти р у ю щ е й
м а ссы В селенной.
О дной и з с а м ы х в а ж ­
ны х (и с л о ж н ы х ) задач
со в р е м е н н о й
ф и зи ки
сч и та е тс я о б ъ е д ине ни е
О бщ ей те ор и и о т н о с и ­
те л ь н о сти , о б ъ я с н я ю щ е й
м е х а н и зм д е й с т в и я гр а ­
ви та ц и и , с кв а н т о в о й те­
орией, о п и с ы в а ю щ е й п о ­
ве д ени е э л е м е н та р н ы х
ч а с ти ц . В п о с л е д н е й п р о ­
странство и врем я кв а н ­
ту ю тс я , то е с т ь с о с т о я т
из ква н то в — неделим ы х
« яче ек» н е н ул е в о й п р о ­
тяж енности. К а к уста­
н о в и л а гр у п п а Р овелли,
в т а к о м п р о с т р а н с тв е
испаряю щ иеся
черны е
д ы р ы и с ч е з н у т ь не м о ­
гут, п о с к о л ь к у и н а ч е д о л ­
ж е н б ы л бы н е и з б е ж н о
н а с т у п а т ь м о м е н т, ко гд а
их р а зм е р ы с т а н о в и л и с ь
бы м е н ь ш е о д н о й та ко й
«ячейки». В м есто это го
на о п р е д е л е н н о й ста д и и
« испарения» о н и д о л ж ­
ны п р е в р а щ а ть с я в бе­
л ы е д ы р ы - по кр а й н е й
мере, т а к п о к а з ы в а ю т
в ы ч и с л е н и я уче ны х, в ы ­
п о л н е н н ы е в 20 14 г. Со­
гл а с н о их о ц е н ка м , чтоб ы
« д о ж и ть » д о т а к о го п р е ­
вр а щ ен ия, че р н о й ды ре,
по м а ссе р а в н о й Солнцу,
потреб уется
о гр о м н о е
ко л и ч е с т в о в р е м е н и - в
кв а д р и л л и о н (1 0 15) раз
б ол ьш е те ку щ е го в о з р а с ­
та В селенной.
В на ш и д н и чер ны е
д ы р ы о б р а зую тс я при
гр а в и т а ц и о н н о м
ко л ­
лапсе остатков сверх­
м а с с и в н ы х з в е з д посл е
то го , к а к о н и исче р па л и
все с в о е те р м о я д е р н о е
«горю чее» (т а ки е пр о ­
ц ессы с о п р о в о ж д а ю т с я
гр а н д и о з н ы м и
взры ва­
ми, н а б л ю д а е м ы м и к а к
в с п ы ш ки
св е р х н о в ы х ).
О д н а ко ранее С тивен Х о­
к и н г п р е д с ка з а л в о з м о ж ­
н о сть
с ущ е ств о в а н и я
22
Горизонт событий
невозм ож но вы рваться наружу)
Сингулярность
Горизонт событий
невозм ож но прони
БЕЛАЯ ДЫРА
д р у го го кл а с с а эти х о бъ ­
е к т о в — т а к н а зы в а е м ы х
« п е р ви ч н ы х ч е р н ы х ды р»,
в о з н и к ш и х в те че ние се ­
ку н д ы п о сл е Б о л ь ш о го
В зр ы ва из-за с л уча й н ы х
ко л е б а н и й п л о т н о с т и в
го ря че й , б ы с тр о р а с ш и ­
ряю щ ейся новорож д ен­
ной В селенной. И м для
п о л н о го
испарения
и
пр е в р а щ е н и я в бел ую
д ы р у н у ж н о зн а ч и те л ь н о
м е н ь ш е вр е м е ни . И в о т
и м е н н о они, к а к п р е д п о ­
л а га е т Р овелл и и с о а в то р
и с с л е д о в а н и я Ф р а н ч е с ка
В и д отто из У ни ве р сите та
С траны Б а с ко в в И с п а ­
ни и (F rancesca V id o tto ,
U niversidad del Pais Vasco,
B ilbao), м о гу т с о с т а в л я т ь
за м е т н у ю ч а с ть з а га д о ч ­
ной те м н о й м атерии.
Д е л о в том , что белы е
ды р ы , к а к и черны е, по
сути, п р е д с та в л я ю т соб ой
ко н ц е н тр а ц и и
бол ьш ой
м а ссы в ср а в н и те л ь н о м а ­
л о м объ ем е. Д а ж е им ея
м и к р о с ко п и ч е с ки е р а зм е ­
ры, о н и все р а вн о м о гут
б ы ть д о в о л ь н о м а с с и в ­
ны м и: о б ъ е кт р а зм е р о м
с п е с ч и н ку д о л ж е н б ы ть
тяж е л е е наш ей Л ун ы . Их
изл учение при этом будет
ср а в н и те л ь н о
сл аб ы м .
Л о ка л ь н а я
пл о тн о сть
те м н о й м атерии в о кр е с т ­
но стях Солнца, р а ссч и ­
та нна я
по
с ко р о с т я м
д в и ж е н и я б л и зл е ж а щ и х
з в е з д со ста в л я е т о ко л о
о д н о го процента со л не ч­
ной м а ссы на куб и ч е ­
с ки й п а р се к (или п о р я д ка
0,03% со л не чно й м ассы
на ку б и ч е ски й свето во й
год). Ч тобы о б е сп ечить
т а ку ю п л о тн о сть то л ь ко
В некоторых научно-фантастиче­
ских рассказах «связка» из чер­
ной и белой дыры играет роль
«кротовой норы» позволяющей
почти мгновенно преодолевать
любы е расстояния во Вселен­
ной (и даж е путешествовать во
времени). Однако такой подход к
этим объектам выглядит слиш­
ком оптимистичным
Откуда вообще взялось понятие
«черной дыры»? Когда Ньютон
обнаружил, что гравитация уни­
версальна,. и сформулировал за­
кон всемирного тяготения (любое
материальное тело притягивает
другое тело с силой, пропорцио­
нальной произведению их масс и
обратно пропорциональной ква
драгу расстояния между ними),
он уже понимал, что эта форму­
ла несовершенна, поскольку не
объясняет механизма действия
гравитации. Эйнштейн показал,
что ньюто>ювсхая механика оши­
бочна на самом базовое уровне,
поскольку о н а «работает» со ско­
ростью больше световой (получа­
ется. что если каким-то образом
удалить Солнце из нашей планет­
ной системы - все планеты сразу
начнут разлетаться в м еж звезд­
ное пространство, еще д о того,
как их достигнут последние сол­
нечные лучи, т.е сила тяжести
должна распространяться бы­
стрее света). В теории Эйнштейна
этот недостатокЧюправлен благо­
даря введению понятия кривиз­
ны пространства-времени
Однако полученное уравнение
поля, описывающее эту кривиз­
ну. оказалось нелинейньмж— это
значит, что его нельзя было од­
нозначно решить. Вариант такого
решения предложил немецкий
физик Карл Шварцшильд (вскоре
после этого умерший). Его реше­
ние описывает воображаемый
случай, когда огромная масса,
сравнимая с массой Солнца,
сжата в одну бесконечно малую
точку, а нас интересует простран­
ство-время всюду, крфие этой
точки Такой упрошенный подход
уже неоднократно использовал­
ся в астрономии - например, для
вычислений орбит небесных тел
И вот оказалось, что если его при­
менить к уравнению Эйнштейна,
«на выходе» получается объект,
«втягивающий» в %ебя любую
массу из своих окрестностей,
причем, попадая в условную сфе­
ру вокруг него (позже ее назвали
горизонтом событий), ни материя,
ни энергия уже не могут вырвать­
ся наружу. Такие объекты получи­
ли название черных дыр. Первое
время астрономы 'считали их
чисто теоретической конструкци­
ей. но с середины XX века стало
появляться все больше доказа­
тельств. что они реально суще­
ствуют в нашей Вселенной
Белая дыра, наоборот, может
только «выплевывать» мате­
рию и энергию, ничего не про­
пуская внутрь своего горизонта
событий, к которому снаружи
невозмож/ю даж е приблизить­
ся Опять же. ее теоретическое
описание выглядит вполне р а ­
ботоспособным - но наблюдать
нечто подобное астрономам пока
не удавалось (хотя теоретически
обнаружить белую ды ру должно
быть проще, чем черную).
ф
за сче т бел ы х ды р, д о с та т о ч н о о д н о го п о д о б н о го
о б ъ е кта м а ссо й в м илл и о н н у ю д о л ю гр а м м а
на 10 ты с . ку б и ч е с ки х
ки л о м е тр о в . П о р а зм е р у
т а ка я «кроха» о ка ж е т с я
м е н ь ш е п р о то н а - это
на п о р я д ки м е н ь ш е д л и ны во л н ы д а ж е с а м о го
в ы с о ко э н е р ге ти ч е с ко го
га м м а -и зл уч е н и я , по это м у д л я с о в р е м е н н ы х приб о р о в о н и о с та ю тс я не ви димы м и.
Ч то б уд е т, е сл и т а к а я
белая д ы р а сл уча й но
сто л кн е тся с частицей
о б ы ч н о г о в е щ е с т в а (с
те м ж е п р о т о н о м )? О на
пр о сто « о тско чи т» от
н е го , с л е г к а и з м е н и в
е го с к о р о с т ь и т р а е к тори ю . О д на ко та ки е
собы ти я крайне малов е р о я т н ы . З а р е ги с т р и р о ва ть этот ти п тем ной
м атерии м о ж н о то л ь ко
п р и ее в з а и м о д е й с т в и и
с о с в е р х п л о т н ы м и объе кта м и - наприм ер, с
нейтронны м и
звездам и - л и бо ж е с «норм альны м и»
черны м и
ды рам и . Но та ки е эксперим енты
соврем енна я н а у ка по п о н я т н ы м
п р и ч и н а м п о с т а в и т ь не
м ож ет.
С кол ь э кз о ти ч е с ко й ни
ка за л а сь бы идея невидимых
м и кр о с ко п и ч е с ки х
белы х ды р, стр а нствую щ их по Вселенной с м ом ента ее рож дения, группа
Ровелли далее приш ла к
еще более уд иви тел ьны м
вы водам . О казалось, что
не ко тор ы е белы е д ы р ы
м о гл и
сущ ествовать...
еще д о Б ольш ого В зры ва!
Теперь учены е сосредоточили св о и теоретичес ки е исследования на
вопросе, ка ки м образом
эти за га д очны е объ екты
(в о зм о ж н о , «доставш иеся
по наследству» о т некоей
преды дущ ей вселенной)
повлияли на э в о л ю ц и ю
наш его мира. Не исклю чено, что эти исследования
п о м о гут объ ясни ть многие за га д ки «асим м етричности» нашей В селеннойнапример, почему время в
ней течет то л ь ко в одном
на пр а вл е н и и .
23
ВСЕЛЕННАЯ
Обозревая просторы
Галактики
В лад и м и р
Р е ш е тн и к
к а н д и д а т ф и з .-м а т . н а у к , д о ц е н т
ка ф е д р ы а с т р о н о м и и и ф и з и к и
ко см о с а К и е в с ко го н а ц и о н а л ь­
н о го ун и в е р с и те та и м е н и Тара­
са Ш е в ч е н к о
Владимир Николаевич Решетник
Родился в Киеве в 1981 г. В 2001 г. окончил физический факультет
Киевского национального университета им. Тараса Шевченко, там
же в 2006 г. защитил диссертацию кандидата физико-математических
наук. После окончания аспирантуры остался работать на кафедре
астрономии и физики космоса КНУ (с 2013 г. — доцент кафедры).
Является членом жюри всеукраинских и международных олимпиад по
астрономии и астрофизике, участник предметной комиссии и жюри
Малой академии наук,
Член Международного астрономиче­
ского союза. Активно сотрудничает с Главной астрономической
обсерваторией НАН Украины, Институтом космических исследова­
ний ГКАУ и НАНУ, Международным центром астрономических и ме­
дико-экологических исследований на пике Терскол (Кавказ).
Автор более сотни научных публикаций. Область научных интере­
сов связана с астрофотометрией, исследованием оптических транзиентов, физикой малых тел Солнечной системы и моделированием
процессов в ядрах комет.
24
ВСЕЛЕННАЯ
ESA/Gaia/DPAC
И зображ ение небесной сферы, составленное п о д а н н ы м нового обзора Gaia.
Главная плоскость М лечного Пути располож ена горизонтально. Вблизи нее
хорош о заметны темные пы левы е облака, поглощ аю щ ие значительную
часть видим ого света. Верхний и н и ж н и й края соответствуют северном у и
ю ж н о м у галактическим п о л ю са м (где ви ди м ая плотность зв е зд м и н и м а л ь ­
на). Д в а отдельных туманных сгустка справа в н и зу - Больш ое и М алое
М агеллановы Облака, ближ айш ие к на м сравнительно крупны е галактики.
При больш ем увеличении становятся в и д н ы и другие туманные объекты - в
о сн овн о м это ш аровы е зве здны е скопления, с трудом разреш аемы е на от­
дельны е звезды , а также галактики Туманность А ндром еды (М 31) и Туман­
ность Треугольника (МЗЗ).
П ри построении изображ ения в о сн овн о м использована инф ормация о п о ­
ложении. блеске и цвете свы ш е 1,7 м лрд звезд, полученная астрометриче­
с ки м телескопом Gaia с и ю н я 2014 г. по м ай 2016 г.
П р о ш л о е и настоящ ее
Н аш и пред ставл ения о м и роздании м енялись в зависим ости
о т т о го , н а с к о л ь к о д е т а л ь н о б ы л о
и зучено н о чн ое небо. В древн о с т и , к о гд а н а б л ю д е н и я з в е з д
велись то л ько невооруж енны м
гл а з о м , о н и к а з а л и с ь н е п о д в и ж ны м и и равноудаленны м и, ка к
б уд то п р и к р е п л е н н ы м и к о гр о м н о й п р о з р а ч н о й сф ере. Ее т а к и
н а з в а л и - «сф ера н е п о д в и ж н ы х
зв е з д » . Тем не м е не е , о т д е л ь н ы е
у ч е н ы е п р е д п р и н и м а л и р о б ки е
п о п ы т к и х о тя бы п е р е с ч и т а т ь это
з в е з д н о е в е л и ко л е п и е . О д н и м и з
н и х б ы л д р е в н е гр е ч е с к и й а с т р о ­
н о м Гиппарх Н и ке й с ки й . Его главная за сл уга за кл ю ч а е тс я в том , что
о н не п р о с то вел п о д с че ты ко л и ч е с тв а зв е зд , но и с м а кс и м а л ь н о
д о с т у п н о й в е го в р е м я т о ч н о с т ь ю
« за ф и кси р о ва л » их п о л о ж е н и е на
небе в и с п о л ь зо в а в ш е й с я тогд а
э к л и п т и ч е с к о й с и с те м е ко о р д и нат. В д о б а в о к о н п р е д л о ж и л все
в и д и м ы е з в е з д ы п о д е л и ть на
ш е сть гр уп п в с о о т в е т с т в и и с их
б л е с ко м : с а м ы м я р ки м уч е н ы й
п р и с в о и л п е р в у ю величину, а са ­
м ы м с л а б ы м (на пр е д е л е в и д и м о ­
сти гл а з о м ) - ш естую .
Научны й по д в и г Гиппарха по
д остоинству оценили его по то м ки
1800 лет спустя. В начале XVIII века
знам ениты й английский астроном
Э дм унд Галлей (Edmund Halley) обра­
тил вним ание на то, что полож ения
на небе трех ярких зве зд - Сириуса,
А рктура и Альдебарана — зам етно
отличаю тся от тех, которы е в свое
врем я изм ерил его д р е вн е гр е че 25
ВСЕЛЕННАЯ
-
-U
ский коллега, при том, что осталь­
ные объекты в пределах точности
измерений остались примерно
«на своих местах». Галлей вы ска­
зал догадку, что «сдвинувшиеся»
звезды - не просто яркие, но и
достаточно близкие к Солнцу, бла­
годаря чему их движ ение мы ви­
дим более вы разительно. Но если
предположить, что относительные
скорости этих зв езд сравнимы со
скоростям и планет относительно
Земли (а в среднем примерно так
оно и оказалось) - это значит, что
расстояния до них в сотни тысяч и
д а ж е миллионы раз больше!
Впервые измерить м е ж зв е зд ­
ные расстояния см ог уж е в XIX
веке нем ецкий ученый Фридрих
Бессель (Friedrich W ilhelm Bessel),
который исследовал слабую двой­
ную звезду в созвездии Лебедя,
д а ж е не имевш ую традиционного
греческого обозначения (до сих
пор чащ е всего используется ее
порядковы й номер - 61 Лебедя).
Она та кж е из года в год довольно
быстро см ещ алась на фоне ещ е
более слабых звезд, двигаясь не
по прямой, а по извилистой линии
с периодом отклонений, равным
одному зем ном у году. Астрономы
поняли, что эти отклонения связа­
ны с обращ ением наш ей планеты
вокруг Солнца и отображ аю т го­
дичны й параллакс звезды - ве­
личину, позволяю щ ую с помощ ью
простых тригоном етрических фор­
мул вычислить расстояние до нее.
По оц енкам Бесселя, оно о ка за ­
лось чуть больше десяти световых
лет, что не так уж сильно отличает­
ся от современного значения (11,4
светового года). Это открытие,
благодаря котором у человечество
начало осознавать истинные м ас­
штабы Вселенной, та к ж е стало
возм ож ны м благодаря соверш ен­
ствованию техники астроном иче­
ских измерений.
К ак уже было сказано, без помо­
щи оптических инструментов мы
можем увидеть звезды примерно
до 6-й величины. Любуясь вдалеке
от городской засветки звездным
небом, можно подумать, что таких
светил, по крайней мере, не мень­
ше, чем песчинок на пляже, но на
самом деле последних значитель­
но больше (число звезд, видимых
невооруженным глазом на всей не­
бесной сфере - порядка 8 тыс.). С
появлением телескопа стало ясно.
26
Ш
- .
I
что существуют и более слабые
объекты, очевидно, гораздо более
многочисленные. Им присвоили
значения блеска свыше 6. М ощ ней­
шие современные инструменты по­
зволяют увидеть звезды примерно
до 30-й величины.
Однако
профессиональных
астрономов давно уже интересует
не количество звезд, а их точное
положение на небе и его изменение
со временем. Абсолютное боль­
шинство их «проживает» в огром­
ных
гравитационно-связанных
системах, получивших название
галактик. Мы ж ивем в одной из
таких систем, известной под назва­
нием Млечный Путь (или Галакти­
ка с большой буквы). По оценкам
астрономов, в ней содержится
около 200 млрд звезд. Свыше 70%
от этого числа — сравнительно
тусклые и маленькие красны е кар­
лики, значительно более слабые,
чем наше Солнце: даж е в большие
телескопы мы мож ем наблюдать
подобные звезды только в непо­
средственной близости, в радиусе
нескольких сотен световых лет.
Изредка встречаются и огромные
яркие светила. Такие объекты хо­
рошо видны с больших расстояний.
М еж ду прочим, большинство зв езд
видимых невооруженным глазом,
значительно мощнее Солнца, в то
время как из 70 ближайших звезд,
расположенных от нас не более чем
в 17 световых годах, без телескопа
или бинокля мы можем увидеть
только 9. Все это свидетельствует
о том, что наши представления о
Вселенной очень сильно зависят от
результатов наших наблюдений.
Выше уже было описано, какую
пользу могут принести науке си­
стематическое изучение звездно­
го неба и составление каталогов
небесных объектов. Звездный ка­
талог - ф актически таблица со
сведенны ми данными о звездах.
В каталогах м ож ет указываться са­
мая разнообразная информация:
например, кроме координат, обыч­
но приводится блеск, реже - спектр.
Некоторые
специализированные
каталоги могут хранить сведения
о физических свойствах звезд (их
температуре, массе, размерах и
многом другом). Упомянутый выше
Гиппарх был одним из первых, кто
составил звездный каталог на ос­
новании как собственных наблюде­
ний, так и наблюдений своих пред­
Внешний вид космиче­
ского телескопа Gaia
шественников. Позже этим знаниям
нашлось и более «приземленное»
применение: сейчас они использу­
ются для создания фундаменталь­
ной системы координат и службы
времени - координаты на местно­
сти, время на часах и дата в кален­
даре определяются по измерениям
положений звезд на небе.
Со временем звездные катало­
ги становились все объемнее, их
составление требовало огромной
кропотливой работы и новых специ­
альных астрономических инстру­
ментов. Изобретение телескопа со­
вершило революцию в астрономии,
позволив изучать более слабые
звезды и определять их положение
с намного большей точностью.
Однако уже в начале XX века уче­
ные столкнулись с, казалось бы, не­
устранимым препятствием. Дело в
том, что мы смотрим на небесные
тела сквозь толщу земной атмосфе­
ры, которая никогда не бывает аб­
солютно стабильной: на разных вы­
сотах в ней постоянно дуют ветра
и возникаю т прочие возмущения,
влияющие на ход световых лучей
и «размазывающие» изображения
звезд в колеблющиеся пятнышки
размером не менее одной десятой
угловой секунды (как правило - за­
метно крупнее). Путем усреднения
результатов большого количества
наблюдений можно получить точ­
ность астрометрии порядка 0,010,02 угловой секунды, но для назем ­
ных инструментов это предел.
ВСЕЛЕННАЯ
■%
■ 4
Проблема была решена с насту­
плением космической эры, когда
астрономы получили возможность
разместить телескопы за преде­
лами атмосферы. 8 августа 1989 г.
запущенная с космодрома Куру во
Французской Гвиане ракета-носи­
тель Ariane 4 вывела на вытянутую
околоземную орбиту с апогеем
35,8 тыс. км созданный специали­
стами Европейского космическо­
го агентства спутник HIPPARCOS
(High Precision PARallax Collecting
Satellite). Результатом четырех лет
его работы стало создание катало­
га из 118 тыс. звезд с невероятной
на тот момент точностью - погреш­
ность в определении координат
составила порядка 0,001 угловой
секунды, что в десятки раз лучше
любых предыдущих наземных из­
мерений. С таким разрешением мы
смогли бы разглядеть монетку на
расстоянии тысячи километров.
Успех миссии HIPPARCOS сподвиг европейских ученых на созда­
ние нового уникального проекта,
получившего название Gaia. Его
главной задачей является опреде­
ление координат объектов до 20-й
звездной величины с точностью на
порядок более высокой, чем в ката­
логе HIPPARCOS. Д ля звезд до 10-й
величины погрешность измерения
координат должна составить 1 0 5
угловой секунды, что соответствует
видимому размеру монеты на Луне
при наблюдении с Земли. С такой
ж е точностью будут определены
и параллаксы. После завершения
миссии Gaia мы узнаем расстояние
до всех ярких звезд нашей Галак­
тики. Для слабых звезд указанные
параметры измерить сложнее, по-
Г
.
»-
этому «сфера деятельности» теле­
скопа в основном ограничивается
тысячей световых лет от Солнца.
Все объекты в Галактике постоян­
но движутся: например, наше свети­
ло обращается вокруг центра Млеч­
ного Пути с линейной скоростью
более 2 0 0 к м /с . К а к результат,
звезды не находятся все время
в одном полож ении на небе они см ещ аю тся, или, ка к говорят
астрономы , и м ею т собственны е
дв и ж ени я. Поэтом у результатом
м иссии Gaia, кро м е координат и
параллаксов, будет и катал о г соб­
ственны х дв и ж ени й звезд. Точно
изм еряя их полож ения в разны е
моменты времени и зная рассто­
яния до них, мы с м о ж е м вы чис­
лить проекцию их скоростей на
небесную сферу. Чтобы опред е­
лить направление д в и ж ени я зв е з­
ды в трехм ерном пространстве,
не хватает только одного п арам е­
тра - скорости ее приближения
или удаления (т а к назы ваем ой
лучевой или радиальной с ко ­
рости). Д л я этого на борту Gaia
установлен специальны й с п е к­
тром етр, которы й по см ещ ени ю
спектральны х линий вследствие
эф ф екта Д оп л ера позволяет вы­
числить этот парам етр. Правда,
надеж ны е изм ерения этот прибор
£ e sa
"Э С ов р ем ен н ы е п р е д став л е н и я о М л е ч н о м Пути
Находясь внутри галактики
М лечный Путь, мы не можем
увидеть ее со стороны. Здесь
представлен
возм ож ны й
вид нашей звездной систе­
мы в представлении худож ­
ника. Слева галактический
д и ск изображен «плашмя»,
что дает возможность рас­
смотреть его спиральную
структуру и центральную пе­
ремы чку (бар), состоящую в
основном и з старых красных
звезд Такая перемычка им е­
ется примерно у двух третей
всех известных галактик. По­
ложение Солнца указано при­
близительно.
Справа - вид М лечного
Пути с ребра (нечто подоб­
ное м ож но наблюдать на небе вблизи
30° ю.ш.. когда галактический центр
поднимается к зениту) О сновная м а с­
са объектов Галактики заклю чена в
главном д и ске толщиной прим ерно 700
световых лет, «вл о ж е нн о м » в более
масштабную, но менее густонаселен-
Б ол дж
Ш аровы е
звездны е
скопления
/\
/
Д иск
Солнце
ную структуру - ее толщина может дости­
гать 3 тыс. световых лет.
Диаметр Галактики оценивается в ТОО тыс.
световых лет Примерно такой ж е размер
имеет галактическое гало - область сфери­
ческой формы, заполненная разреженны м
газом и слабы ми красны ми карликами, про-
Г а л а к т и ч е с ко е '
голо
Солнце
стрднственная концентрация которых убы ­
вает от центра к периферии В гало также с о ­
держится большинство шаровых звездных
скоплений Считается, что Млечный Путь,
как и все прочие крупные галактики, окру­
жает еще одно, вдвое большее гало, состоя­
щее из невидимой темной материи
Этапы миссии
Идея миссии Gaia появилась,
ка к уж е было сказано, после за­
вершения проекта HIPPARCOS в
19 93 г. Спустя семь лет она вошла
в список програм м Европейского
косм ического агентства, а в 2 0 0 6 г.
были назначены основны е испол28
ESA/Gaia/DPAC
м о ж ет вы полнить только для от­
носительно ярких звезд, для сла­
бых лучевые скорости определить
не удастся. Тем не менее, ожида­
емое количество исследованных
объектов должно превысить сотню
миллионов - на два порядка боль­
ше, чем астрономы уже изучили. В
качестве основной задачи миссии
Gaia было заявлено определение
точного положения и расстояния до
более чем миллиарда зв е зд что со­
ставляет около полупроцента всех
звездообразных объектов Млечно­
го Пути. В это число попадает боль­
шинство ярких и массивных светил
нашей звездной системы и ближай­
ших галактик (Большого и Малого
Магеллановых Облаков), а такж е
шаровые скопления в галактиче­
ском гало. Почти неохваченными
остаются маленькие тусклые звез­
ды типа красных карликов и объек­
ты, находящиеся за большими тем­
ными пылевыми облаками, свет от
которых не может быть зарегистри­
рован наблюдателями, находящи­
мися в окрестностях Солнца.
Вдобавок новый телескоп дол­
жен измерить точные положения
множества астероидов и кометных
ядер, что позволит уточнить их ор­
биты и спрогнозировать вероят­
ность их столкновения с Землей.
Ожидается открытие тысяч малых
тел Солнечной системы. Особенно
интересуют астрономов предста­
вители группы Атиры. Траектории
астероидов этой группы пролегают
внутри земной орбиты, соответ­
ственно они всегда находятся бли­
ж е к Солнцу, чем наша планета.
Такая конфигурация значительно
усложняет их поиски и изучение с
помощью наземных инструментов,
поскольку большую часть времени
они проводят на небе рядом с Солн­
цем и теряются в его лучах. Вместе
с тем объекты этой группы являют­
ся потенциально опасными, поэто­
му детальные исследования эво­
люции их орбит в данном контексте
очень важны.
Д анны е телескопа Gaia позволили получить детальную инф ормацию о различ­
ных характеристиках «звездного населения» М лечного Пути и соседних галактик
Вверху - общ ая яркость и цвет з в е з д в центре - их плотность на единицу площ а­
д и небесной сферы, внизу - распределение м еж звездной пыли, вы численное по
степени поглощ ения света удаленны х объектов.
ВСЕЛЕННАЯ
С*'
Т J
^
*
нители. Ч а сто б о л ь ш и м на уч н ы м
п р о е кт а м тр е б ую тся м н о ги е годы
д л и т е л ь н о го и у п о р н о го тр уда для
их о сущ е ств л е н и я . К с ч а с ть ю , это т
п р о е к т бы л п о д д е р ж а н и пр о ф и­
н а н с и р о в а н (е го общ ая с т о и м о с т ь
о ц е н и в а е тс я в 740 м л н евро, в к л ю ­
чая р а зр а б отку, за п у с к, о б с л у ж и ­
ва ни е и о б р а б о тку п о л у че н н ы х
р е зул ьта то в), в е го р е а л и за ц и и
у ч а с т в у ю т с о т н и а с т р о н о м о в по
вс е м у миру, д е с я т к и о б с е р в а то р и й
и н а уч н ы х о р га н и за ц и й .
Р акета-носител ь «Союз-СТ» с
р а зго н н ы м б л о ко м «Ф регат» и ко с ­
м и ч е с ки м а ппа р а то м Gaia ста р то ­
вала с ко см о д р о м а Куру 19 де ка б р я
2013 г. С пустя три недели а ппарат
за нял ра бо чую п о з и ц и ю в т о ч ке Л а ­
гр а н ж а L,, ле ж а щ е й в 1,5 м л н к м от
Зем ли в направл ении, п р о ти в о п о ­
л о ж н о м Солнцу.
М асса а ппарата - о ко л о д вух
тонн, в кл ю ч а я 710 к г по л е зн о й на­
гр у зки и п р и м е р н о 4 0 0 к г то пл и ва
для б ор то вы х д вигател ей. Д л я в ы ­
по л н ени я св о и х на учны х задач Gaia
о снащ ен д в у м я сп е ц и а л ь н о с к о н ­
стр у и р о в а н н ы м и м н о го з е р к а л ь н ы ­
м и те л е с ко п а м и с р а зм е р а м и пер­
ви чн ы х зе р ка л 1,45x0,5 м. Главны е
зе ркал а р а спо л о ж е н ы под угло м
106,5е и ф о куси р ую т изо б ра ж е ни е
на о бщ ем ч у в ств и те л ь н о м эл е м е н ­
те, что п о зв о л я е т и зм е р я ть угл о вое
р а сстоя ни е м е ж д у зв е зд а м и на
небе с в ы с о ко й то ч н о с ть ю . Кам ера
со сто и т и з 106 П З С -м атриц р а зм е ­
ром 4 5 00 x1 9 6 6 пи ксе л е й , о б щ ий ее
р а зм е р - 1x0,5 м (су м м а р н о о ко л о
940 м е га пи ксе л е й ), что делает ее
с а м о й б ол ьш ой ка м е р о й , ко гд а -л и ­
бо за п ущ е н н о й в ко с м о с . За пя ть
лет работы ка ж д о е исследуем ое
небесное тело д о л ж н о б ы т ь с ф о ­
т о гр а ф и р о в а н о в с р е д н е м 70 р а з.
Т елескопы одноврем енно осу­
щ е с т в л я ю т с к а н и р о в а н и е неба и
р е ги с т р и р у ю т в с е о б ъ е к т ы , к о т о ­
р ы е п о п а д а ю т в их п о л е з р е н и я ка к принад леж ащ ие Солнечной
с и с т е м е и М л е ч н о м у П ути, т а к
и в н е га л а к т и ч е с к и е . В с и л у п о ­
с л е д н е го о б сто яте л ьства учены е
на д е ю тся со с та в и ть са м ы й о б ъ е м ­
н ы й ка та л о г кв а за р о в — а кти в н ы х
яд ер д а л е ки х га л а кт и к. Н екоторы е
кв а за р ы се й ча с и с п о л ь зу ю тся для
п о стр о е н и я ф унда м е нта л ьно й с и ­
сте м ы ко о р д и н а т. Т а ки м образом ,
на б л ю д е ни я н о в о го инстр ум ента
п о м о гу т ул учш и ть то ч н о с ть о пр е ­
дел ения ко о р д и н а т на Земле.
Кром е точны х изм ерений п о ­
л о ж е н и я (уч е н ы е н а д е ю тся , что
т о ч н о с т и Gaia б уд е т д о с т а т о ч н о ,
ч то б ы и з м е р и т ь н е б о л ь ш и е ко л е ­
б а те л ь н ы е д в и ж е н и я н е ко т о р ы х
зв е з д , в ы з в а н н ы е гр а в и т а ц и о н ­
н ы м в л и я н и е м их п л а н е т о п о д о б ­
н ы х с п у т н и к о в ), к а м е р а те л е с ко п а
с п о с о б н а р е ги с т р и р о в а т ь и з м е н е ­
ния б л е с ка н а б л ю д а е м ы х о б ъ е к ­
то в . Х о ть это и не я в л я е тс я гл а в ­
н о й з а д а ч е й п р о е кта , но в р а м ка х
м и с с и и п л а н и р у е тся о б н а р у ж и ть
и исследовать сотни ты сяч пере­
м е н н ы х зв е з д , т ы с я ч и в с п ы ш е к
новы х и сверхновы х. Д анны е
обо всех вы явл енны х нестацио­
н а р н ы х о б ъ е кта х п у б л и ку ю т с я на
£ e sa
-» GAIA: П Е Р В Ы Й О БЗО Р А С ТЕ РО И Д О В
Земля
Ю питер
Земля
Ю питер
о
2
■2
га
С олнце
5
Д а н н ы е о более че м 74 тыс. астероидов, п о л уче нн ы е е вропе й­
с к и м аппаратом Gaia На д и а гр а м м а х белы м цветом нанесены
орбиты З ем ли и Юпитера, в центре находится Солнце Слева
р а зл и чн ы е цвета отображают сред ние р а д и усы орбит отдель­
ны х тел: с и н и м и фиолетовым п о ка за н ы о ко л о зе м н ы е астеро­
иды. зелены м и желтым - объекты Г л авного пояса, кр а с н ы м
и о р а н ж е вы м
ю пит ерианские «троянцы» С права - отража­
тельная способност ь (ал ьбед о) астероидов, п о м ере уве л и ч е ­
н и я п о ка за н н а я цветами от красного д о желтого (сам ы е свет­
лы е тела имеют ус л о в н ы й зелены й и синий цвег).
29
ВСЕЛЕННАЯ
ESA/Gaia/DPAC
Карта параллаксов, измеренных в ходе м ис­
сии Gaia с июля 2014 г по май 2016 г. Сдви­
ги звезд на небесной сфере, отображающие
годичное обращение Земли вокруг Солнца,
для наглядности преувеличены в ТОО тыс.
раз. Хорошо заметно, что вблизи эклиптики
(пересекающей изображение по диагонали
из левой нижней части в правую верхнюю)
звезды смещаются вдоль отрезков парал­
лельных прямых, а чем ближе они к эклипти­
ческим полюсам - тем больше их траектории
похожи на окружности. Главная галактиче­
ская плоскость расположена горизонтально
Большой неправильный овал правее центра ближайшая к Солнечной системе яркая звезда
Толиман fa Центавра), голубоватый эллипс
недалеко от правого края - Сириус, находя­
щийся от нас примерно вдвое дальше.
*-> '
/. - о
Ч
,v
•
Г *' V
л 4
.
. . S' . .. >- , *
" ф 'ч
.
... '
~
-
V ' •'*
к А 34
О
Ч
.
-
А
■••-*■ ;
• *■ ■
, „
А '$ Ч < Н ' : А >
■ ' *■ n ° t
> ;
е - 6°^
? •
“V
" L
T9 „
л>
'
Г )
W >
(р « •
п ЬЧ Ч . . ^ г .Г 7
г
О
'
- • ;> $ ,
c j •*
<5?.,
' . -
•* ;
•
*
-
Ч
)
. -v
• •"
с
?
.. ' —* -. ■
JS *
г ?'* ^ .
'•
•
-
^
. **
*
'
*
К
◄ Большое
Магелланово
Облако
(БМО) - ближайшая к М лечному Пути
крупная галактика - по данны м евро­
пейского космического аппарата Gaia
Это изображение м ож но назвать сво­
еобразным яцифровым портретом»:
оно построено с использованием и н ­
формации о местоположении и спек
тре отдельных звезд, определенных
астрометрическим телескопом. Хоро­
шо заметно, что эта галактика имеет
центральную перемычку (бар), состоя­
щую в основном и з сравнительно ста­
рых красны х звезд. Немного выш е ее
центра виден регион активного звез­
дообразования. ранее считавшийся
отдельной звездой и получивш ий обо­
значение 30 Золотой Рыбы.
► Беспрецедентная точность изме­
рений телескопа Gaia за четыре года
его работы позволила определить
собственные движения многих звезд
БМО и установить преобладающее на­
правление его вращения (по часовой
стрелке). Полученные данны е нанесе­
ны на увеличенный сним ок этой галак­
тики в виде белых черточек Подобные
измерения для объектов за пределами
Млечного Пути выполнены впервые
с п е ц и а л ь н о й и н те р н е т-с тр а н и ц е
м и с с и и Gaia, ч то б ы п о з ж е п р о в е ­
с т и их б олее д е т а л ь н ы е и с с л е д о ­
вания при пом ощ и спе ц иа л и зи­
р о в а н н ы х н а з е м н ы х т е л е с ко п о в .
Р е зул ь та ты т а к и х н а б л ю д е н и й
т а к ж е п о п а д а ю т в б а зу д а н н ы х
п р о е кт а с ц е л ь ю их д а л ь н е й ш е го
о б ъ е д и н е н и я и у н и ф и ка ц и и .
4 GAIA: П Р О М Е Ж У Т О Ч Н Ы Е Р Е З У Л Ь Т А Т Ы ® e sa
показатель
температура
положение и
ви дим ы й блеск
32
ШЖ
.
(красный»
1383 551713
парал л акс и
собственное
движение
П ервы е р е зул ьтаты
В п е р в ы й в ы п у с к ка т а л о га Gaia,
опуб л и кованны й
14
с е н тя б р я
2 0 1 6 г., в о ш л и р е зу л ь та ты н а б л ю ­
д е н и й , в ы п о л н е н н ы х за п е р в ы е
14 м е с я ц е в р а б о ты а п п а р а та - в
ч а с тн о с т и , п о л о ж е н и я и з в е з д н ы е
в е л и ч и н ы более чем 1,1 м л рд з в е з д
кр ив ы е блеска свы ш е 3 ты с. пере­
м енны х зве зд и точны е полож ения
око ло 2 тыс. квазаров, с по м ощ ью
которы х строится ф ундаментальная
систем а координат.
Второй в ы п уск каталога, вы ш ед-
ш ий 25 апреля 2018 г., содерж ит
данны е, собранны е за 22 месяца
наблю дений. Главным д о сти ж е ­
нием стало изм ерение положения
и блеска 1 692 919 135 звезд. Д ля
1,3 м л рд объ ектов были определе­
ны цвет, собственное д в иж е ние и
параллакс, для более чем 161 млн
зве зд изм ерены температуры п о ­
верхностей, для почти 77 м лн оце­
нены разм еры и полны е м ощ ности
свечения. Л учевы е ско р о сти вы ­
числены для 7 м лн светил. Также
во второй вы п уск вош ли более 500
ты с. кр и в ы х блеска переменны х
звезд. О гром ное количество новы х
д анны х обрабаты ваю т учены е м но ­
гих стран. Ф а кти ч е ски после публи­
ка ц ии второй редакции каталога
Gaia человечество впервы е о зн а ко ­
м илось с трехм ерной картой нашей
части Галактики.
Появление третьего вы пуска ка ­
талога Gaia ож идается в 2020 г. В
нем д о л ж н ы бы ть улучш ены точно­
сти определения ко ординат и бле­
с ка з в е з д добавится инф ормация о
д во йны х и кратны х звездны х систе­
мах, будут изм ерены лучевы е с ко р о ­
сти для всех неперем енны х звезд.
Учены е соб ираю тся провести б о ­
лее детальны й а нализ и кл ассиф и­
ка ц и ю на бл ю даем ы х объ ектов.
Наконец, после заверш ения м ис­
сии Gaia долж ен бы ть опубликован
14 099
о б ъ е кто в
^
С олнечной
W
радиус и
светимость
количество
пыли на луче
зрения
87 733 672
с и с т е м ы 550 737
перем енны х
и сто ч н и ко в
Второй выпуск каталога Gaia, составленный по результатам 22 месяцев наблюдений, содержит
данные о точном положении и блеске 1 692 919 135 звезд а также о параллаксах и собственном
движении 1331909 727звезд Дополнительно для 1,38 млрд звезд измерен показатель цвета, для 7
224 631 звезд-лучевы е скорости, для 161497595звезд выполнены оценки поверхностной темпе
ратуры.для 76 956 778 - оценки радиуса и светимости. Уточнены параметры 550 737 переменных
источников, для 87 733 672 объектов вычислено поглощение их света межзвездной пылью.
ESA. C C B Y -S A 3 0 IG O
ВСЕЛЕННАЯ
ф инальный вы пуск каталога (воз­
м ож но. ему будет предш ествовать
пром еж уточны й четвертый вы пуск).
В нем специалисты хотят собрать всю
наиболее точную астром етрическую
и ф отом етрическую инф ормацию,
каталоги всех вы явленны х перемен­
ных, двойны х и кратны х з в е з д все
полученные данны е об астероидах,
квазарах и галактиках. Т акж е появит­
ся отдельный каталог экзопланет, от­
кры ты х ко см и че ски м аппаратом.
Следует отметить, что проделан­
ная работа и дальнейш ий анализ
д анны х чре звы ча й но сл ож ны : в
ходе него астроном ы сталкиваю тся
с но вы м и явлениям и, приходится
прини м ать во вним ание факторы,
которы е ранее никогд а не влияли
на процесс обработки наблю дений.
Например, нуж но учиты вать грави­
тационное влияние тел Солнечной
систем ы : оказалось, что искривл е­
ние пространства в окрестностях
Ю питера достаточно велико, чтобы
лучи света от д ал еких з в е з д прохо­
дящ ие вблизи планеты , изм еняли
свое направление, а видим ы е поло­
ж ения этих зве зд сд вига л и сь отно­
сительно истинны х. Т аким образом,
вы сокая то чно сть изм ерений ко о р ­
динат по зво л ит учены м лиш ний раз
проверить Общ ую теорию относи­
тельности.
М ежзвездная среда заполнена
очень разреженны м газом (в основ­
ном водородом), но местами в ней
встречаются относительно плотные
газово-пылевые облака. Иногда плот­
ность вещества в них такова, что они
не пропускаю т излучение оптического
диапазона, и тогда на фоне множества
неярких звезд м ы видим темны е си­
луэты, самы е выразительные из кото­
рых назы ваю т «угольными мешками».
Особенно м ного таких темных туман­
ностей в главной плоскости нашей Га­
лактики и в направлении на ее центр,
поэтому м ы практически не регистри­
руем свет от зв е зд расположенны х за
центральным галактическим сгуще­
нием (балджем). Точные наблюдения
на различных длинах волн позволяю т
установить величину поглощ ения све­
та в разных направлениях. Одним из
результатов м иссии Gaia стала весь­
ма детальная трехмерная карта рас­
пределения поглощ ающ ей материи в
М лечном Пути, благодаря чему м ы мо­
ж ем оценить, скол ько пы ли в нашем
«звездном доме».
А стр о н о м ы разработали м н о го
м е то д о в и зм е р е н и я расстояний
а Комплекс туманностей р Змееносца ~
одна из самых лю бим ы х целей астрофотографов Это его изображение не является
фотографией оно составлено с использо-
ске и цвете звезд, полученных телескопом
Gaia На нем доминируют наиболее яркие
массивные светила, местами *затмеваю
щие» своих менее ярких *соседей» Видны
старых звезд Наиболее примечательное из
них - Ш в созвездии Скорпиона, располосам ы м близким подобным объектом к Сол
нечной системе.
Один из первых результатов обработки второго релиза данных телескопа Gaia - изобра­
жение темной туманности Barnard 68 в созвездии Змееносца Достаточно плотный сгусток
межзвездной пыли и газа практически полностью блокирует видимый свет от расположен­
ных позади него звезд Впрочем, ученые предполагают, что в самом этом сгустке уже нача­
лись процессы звездообразования - гравитационного сжатия вещества, сопровождаемого
его фрагментацией и разогрево.м Информация о цвете звездного фона пока обрабатывается
33
R
■ Я Б Г ".
м е ж д у о б ъ е кта м и во Вселенной, но
а б с о л ю тн о е б о л ь ш и н ств о из них
о сн о в ы в а е тся на у м е н и и изм ер ять
па р а л л а ксы . П о в ы ш ен и е то чн о сти
т а ки х и зм е р е н и й п р и в е д е т к уто ч­
н е н и ю ины х, ко с в е н н ы х м етодов, а
з н а ч и т - п о м о ж е т ул учш и ть оцен­
ки р а ссто я н и й в ш и р о ки х пределах,
в п л о ть д о м е ж га л а кти ч е с ки х .
Д аж е предварительны е резуль­
таты, представленны е в первых
вы пусках каталога Gaia, позволяю т
предсказать положение звезд на­
шей Галактики на ты сячи лет вперед.
М оделирование показы вает, ка к бу­
дут двигаться относительно яркие
звезды и ка к изменятся очертания
созвездий. Но одно впечатляющ ее
откры тие следует отметить особо:
косм ический телескоп доказал сущ е­
ствование та к назы ваем ы х сверхбы­
стры х звезд.
В пределах М лечного Пути о ткр ы ­
ты сотни объектов, скорости которы х
значительно превы ш аю т характер­
ны е для «нормальных» звезд - ино­
гда они д о стига ю т значений более
А художественное представление траекто­
рий двух сверхскоростных звезд, покидаю ­
щих пределы Млечного Пути Шесть таких
объектов удалось обнаружить в результате
анализа данных, полученных обсерваторией
Gaia, с помощью искусственных нейронных
сетей Каким образом подобные звезды ра­
зогнались д о своих нынешних скоростей,
пока не совсем понятно; по-видимому в не­
которых случаях «ускорителем» могла послу­
жить сверхмассивная черная дыра в галак
тическом центре, превышающая по массе
Солнце более чем в А млн раз
► Радиальные скорости объектов небесной
сферы, измеренные космических телесколо/х
Gaia Голубым цветом показаны звезды, при­
ближающиеся к Солнечной системе (линии в их
спектрах за счет эффекта Доплера смещены в
синюю сторону), красным - удаляющиеся.
34
f s w
д -е
1000 км /с . Такие звезды не могут
бы ть удержаны гравитацией нашей
Галактики и со временем покинут
ее. По оценкам ученых, общее коли­
чество подобны х объектов в нашей
звездной системе составляет поряд­
ка ты сяч. Вероятнее всего, сверхбы ­
стры е звезды во зн и ка ю т при взры ­
вах сверхновы х в д войны х системах
или при участии сверхм ассивной
черной ды ры в галактическом цен­
тре, чье гравитационное воздействие
играет роль своеобразной катапуль­
ты . Т акж е не исклю чено ускорение
в плотны х ш аровы х скоплениях или
рядом с д во йны м и черны м и ды ра­
ми. Весьма вероятно, что некоторы е
сверхбы стры е звезды прилетели к
нам из соседних га л а ктик (по край­
ней мере, в отнош ении одной из них
предварительное моделирование по
данны м наблю дений Gaia показы ва­
ет, что это действительно так). Астро­
ном ы продолж аю т изучение этого
интересного феномена.
Успех м иссии Gaia определит бу­
дущ ее науки на десятилетия. В ка ­
ком -то см ы сл е она станет «Святым
Граалем» соврем енной наблю да­
тельной астроном ии. А нализом и ос­
м ы слением наблю дений телескопа
учены е всего м ира будут заним ать­
ся еще не один год. О гром ны й объ­
ем полученны х д анны х позвол ит не
то л ь ко вы яснить за ко ном е рн ости в
развитии зве зд и наш ей Галактики в
целом, но та кж е д а ст во зм ож но сть
вы явить (и в дальнейш ем изучить)
новы е, доселе неизвестны е э к з о ­
тиче ские объ екты наш ей Вселен­
ной. Результаты м иссии не потеря­
ю т ценности спустя м ногие годы,
ко гд а будут реализованы новые,
более масш табны е програм м ы , п о ­
с ко л ь ку наблю дения Gaia позвол ят
проследить эво л ю ц и ю объектов,
изм енения их ф изических и дина­
м ических параметров. В настоящ ее
врем я ко с м и ч е с ки й аппарат Gaia
находится в хорош ем состоянии и
продолж ает с в о ю работу, но и уже
полученная инф ормация, безуслов­
но, оправдала все затраты на реали­
за ц и ю проекта.
К о г д а в 1 9 1 0 г. д а т с к и й х и м и к
Эйнар Герцш прунг и а м е р и ка н ­
с ки й а с тр о н о м Генри Р асселл
(E jn a r H e rtz s p ru n g , H e n ry N o rris
R u s s e ll)
реш или
разм естить
в с е и з у ч е н н ы е на т о т м о м е н т
з в е з д ы на гр а ф и к е , п о о д н о й
о си ко т о р о го бы ла о тл о ж е н а их
с в е т и м о с т ь , а п о д р у го й - т е м ­
пература п о в е р хн о сти , о п р е ­
деляемая
по спе ктр а л ьны м
х а р а к т е р и с т и к а м , о н и не о ж и ­
д ал и, что в р е зул ьтате вы в е д ут
довольно стройную законом ер­
н о с т ь , в с к о р е п о л у ч и в ш у ю их
и м я . Э та з а к о н о м е р н о с т ь м о ­
ж е т б ы ть п р о щ е в с е го о п и с а ­
на т а к : ч е м в ы ш е т е м п е р а т у р а
зв е з д ы - тем и н те н с и в н е е она
и з л у ч а е т . В се о б ъ е к т ы , у к л а д ы ­
в а ю щ и е с я в о с н о в н о е «русло»
д и а гр а м м ы , стал и н а зы в а ть с я
звездам и
гл а в н о й
последо­
в а те л ь н о с ти . О бнаруж ились и
с и с т е м н ы е о т к л о н е н и я о т нее « в е тв ь к р а с н ы х ги га н т о в » , в и д и ­
м а я в в е р х у с п р а в а и в ц е н тр е , а
та кж е отдельное по д сем ейство
б е л ы х к а р л и к о в (« в ы го р е в ш и х »
с в е т и л , и з л у ч а ю щ и х т о л ь к о за
с ч е т гр а в и т а ц и о н н о го с ж а т и я ).
Д и а г р а м м а Г е р ц ш п р у н га -Р а с селла о ка за л а с ь вп ол не у н и ­
версальны м инструм ентом ка к
в а стр оф и зи ке, та к и в изучении
зве зд н о й эвол ю ци и. П озж е вы ­
я с н и л о с ь , ч т о в не й в н е я в н о м
виде пр исутствуе т третий ко м ­
п о н е н т — м а с с а з в е з д ы (о б щ а я
за ко н о м е р н о сть , о пять же, в ы ­
г л я д и т т а к : ч е м т я ж е л е е — те м
г о р я ч е е ). П о м е р е ф о р м и р о в а ­
ния и д а л ь н е й ш е го а к т и в н о го
сущ ествования ка ж д ое свети­
л о п р о х о д и т с в о й « п у т ь » по г р а ­
ф и ку . С т а л о я с н о , ч т о о б ъ е к т ы
типа С олнца, наприм ер, под ко ­
нец ж и з н е н н о го ц и кл а п р е в р а ­
щ аю тся в кр а с н ы х ги га н то в , а
потом , после сброса внеш ней
о б о л очки - в белы х ка р л и ко в.
П оявилась
возм ож ность
по
спектру
звезды
определить
ее т е м п е р а т у р у и о ц е н и т ь а б ­
со л ю тн ую св е ти м о сть, после
ч е го по и з в е с т н о м у в и д и м о м у
б л еску вы чи сл и ть р асстоя ние
д о н е е (т .н . ф о т о м е т р и ч е с к и й
п а р а л л а к с ). И м е н н о п о э т о м у
астроном ы уделяю т больш ое
в н и м а н и е уто чн е н и ю д и а гр а м ­
м ы . З д е с ь п р е д с т а в л е н ее в а ­
риант, со ста в л е н н ы й по и зм е ­
GAIA: Д И А Г Р А М М А Г Е Р Ц Ш П Р У Н Г А -Р А С С Е Л Л А
30000
,L
71
О В
7000
I
I
A
5000
Температура
4000
3000 поверхности (кельвины)
i
F
к
6
,
•
мСпектральный
класс звезды
& -:'гл с . '; ‘ •
Чд,: ... . . .
£&&&' Х.-\
v . .
■.* w '
6у;-:
'.«• V
10000
•
*. %*
1000
•
0
-
ветвь
гигантов
100
10
1
главная
последо­
вательность
5 J
0.1
10 -
0.01
0.001
15 о
0
1
голубой
4
5
5
<2
та
красны й — >
UJ
рениям я р ко сти и расстояний
до более чем 4 млн зве зд , изу­
ч е н н ы х т е л е с к о п о м G a ia . П р а к ­
ти ч е ски все они находятся в
сф ере р а д и у с о м 5 ты с. с в е т о ­
вы х лет с центром в С олнце.
В е р х н я я ч а с т ь гр а ф и к а с о о т в е т ­
ствует вы соком у абсолю тном у
б л еску, по го р и з о н т а л ь н о й оси
отлож ен по ка за те л ь ц ветности
(с л е в а н а п р а в о - о т г о л у б о г о к
кр а сно м у) и соответствую щ ая
ему по в ер хно стна я те м пе р а ту­
ра. П о с л е д о в а т е л ь н о с т ь бел ы х
ка р л и ко в находится в левом
н и ж н е м у гл у . И м е н н о в их с л у ­
чае м и сси я н о в о го те л е ско п а
оказал ась
особенно
пр о д ук­
т и в н о й : он с м о г « р а ссм о тр е ть»
м н о го сл а б ы х з в е зд о ч е к, ранее
недоступны х
наблю дениям.
С ейчас учены е заняты по и ско м
с в я з и м е ж д у м а с с о й /т е м п е р а ­
т у р о й з в е з д ы и ее м е т а л л и ч н о с т ь ю (с о д е р ж а н и е м х и м и ч е с к и х
э л е м е н т о в т я ж е л е е ге л и я ), а
та кж е возм ож ны м наличием э к­
з о п л а н е т на о р б и т а х в о к р у г нее.
Новый взгляд
\ на туманность
: /I л от п г \ >>
- 'Ш ф »
■
U '•••...
К 28-летию телескопа Hubble •
В это, в о з м о ж н о , т р у д ­
но п о в е р и ть , но л е ге н ­
дарны й
ко см и чески й
т е л е с ко п H u b b le с л у ж и т
а с т р о н о м а м у ж е 28 л е т на о к о л о з е м н у ю о р б и ту
о н б ы л в ы в е д е н 24 а п р е ­
ля 19 90 г. К о н е ч н о , в е го
д о л го й и сто р и и н а ш л о с ь
м есто ка к вы д аю щ и м ся
усп е ха м , т а к и н е п р и я т ­
н о с т я м . С т р о и те л ь с тв о
те л е с ко п а с о п р о в о ж д а ­
л о с ь р я д о м пр о б л е м ,
приведш их к серьезном у
п е р е р а схо д у с р е д с т в и
сры ву запл анированны х
сро ко в. У ж е после запу­
с к а о б н а р у ж и л с я д е ф е кт
е го гл а в н о го зе р ка л а ,
ч у т ь не п о с т а в и в ш и й
к р е с т на в с е м пр о е кте .
Н о т е п е р ь э то в с е - в
д а л е к о м п р о ш л о м . Б ез
м а л е й ш е го п р е у в е л и ч е ­
н и я , на д а н н ы й м о м е н т
H u b b le я в л я е т с я о д н и м
из сам ы х значим ы х на­
учны х
инструм ентов
за в с ю и с т о р и ю ч е л о ­
вечества. К а к лю бят
повто р ять астроном ы ,
ко с м и ч е с ки й те л е ско п
п о з в о л и л н а м з а гл я н у т ь
в те у г о л к и В с е л е н н о й ,
о сущ ествовании ко то ­
36
ры х мы раньш е д аж е и
не п о д о з р е в а л и .
В ч е с т ь го д о в щ и н ы з а ­
п у с к а H u b b le с о т р у д н и к и
е го гр у п п ы с о п р о в о ж д е ­
ния опуб ли ковали новое
кр а со чн о е изоб раж ение
т у м а н н о с т и М 8 « Л а гу ­
на» - р е ги о н а а к т и в н о ­
го з в е з д о о б р а з о в а н и я ,
н а х о д я щ е го с я о т н а с на
р а с с т о я н и и 4 ты с . с в е т о ­
вы х лет в направл ении
созвездия
С тр е л ь ц а .
Ф орм ально тум анность
б ы л а о т к р ы т а в 1 6 5 4 г.
и тал ьянским
астроно­
м о м Д ж о в а н н и Б атти­
с т о й Г о д и е р н о й (G io va n n i
B a ttis ta H o d ie rn a ), о д н а ­
ко им ею тся сведения,
ч т о о ней з н а л и у ж е
сре д не ве ко вы е
араб­
с к и е у ч е н ы е : п р и б л а го ­
приятны х условиях на­
б л ю д ени й этот об ъ е кт
н е с л о ж н о з а м е т и т ь на
н о ч н о м небе д а ж е н е в о ­
о р у ж е н н ы м гл а з о м .
Т у м а н н о с т ь « Л а гу н а »
им еет весьм а внуш и­
тельны е разм еры , п р о ­
с т и р а я с ь на 55 с в е т о ­
в ы х л е т в д л и н у и на 20
с в е т о в ы х л е т в ш и р и н у.
Ее п л о щ а д ь на з е м н о м
•
Телескоп VST Европейской Ю ж­
ной обсерватории (VLT. 'Survey
: Telescope), установленный •на
• чил ийском плато Д арзнал, еде
пал этот впечатляющий сним ок
туманности *ПагуЬа» в'середи. ■ уе 2 0 )3 г. Здесь в огромном
облаке теза и пы ли идет ак, тивное. ’ф орм ирование новьит
п о к о р е н ^ зве зд ; которые на
р})ОтНжейии '*№/Тующйх сотен
•
м иллионов л е * буду т входить
в с о с ^ А р а с с е я н н ы х звездны *
скоплШтЙ. э* позж е разлетн-ел
''лд&дэктике Предо гэьлен.чие
и з о б р а ж е н и е является частью
.одтюгв из. 7 1 обзоров ю ж ного
. н$ба,’ производим ы х с пом о­
щ ью телескопов ESO д л я даль*чейш ей публикации в открытых
• источниках с целью популяри­
зации астрономии.
не б е в т р о е п р е в ы ш а е т
пл ощ адь полной Л уны .
П о э т о м у H u b b le м о ж е т
ф о т о гр а ф и р о в а т ь л и ш ь
ее о т д е л ь н ы е у ч а с т к и .
Ч тобы п о н я ть, п о че м у
эта т у м а н н о с т ь п о л у ­
чила та ко е название,
с т о и т п о с м о т р е т ь на ее
сни м ки , сделанны е ш и­
р о ко у го л ь н ы м и н а зе м ­
ны м и те л е ско па м и .
На
о пуб л и кованном
изображ ении, получен­
ном в в и д и м о м свете
К а м е р о й ш и р о ко го поля
W FC3, з а п е ч а т л е н у ч а ­
сто к тум анности ш ири­
ной о ко л о 4 световы х
л е т. О но д е м о н с т р и р у е т
поистине
ф антастиче­
ски й пейзаж , укр а ш е н­
н ы й « го р а м и » , « х р е б та ­
м и» и « п о л о с т я м и » . Все
э ти « д е та л и рельеф а»,
состоящ ие из м е ж зв е зд ­
ной пы ли, сф орм ирова­
ны м о щ н ы м с в е т о в ы м
давлением
излучения
м о л о д ы х го р я ч и х з в е з д ,
р а с п о л о ж е н н ы х внутри
« Л а гу н ы » .
В центре с н и м ка м о ж ­
но у в и д е т ь о д н о и з т а ­
к и х с в е т и л - го л у б о й г и ­
г а н т H e rs c h e l 36, м а с с а
ВСЕЛЕННАЯ
ко то р о го
превосходит
м а с с у С о л н ц а в 32 р аза,
а с в е т и м о с т ь - в 200
т ы с . р а з. Е го в о з р а с т
оце ни ва е тся п р им е рно
в м и л л и о н лет.
С реди со зд а н н ы х и з­
л у ч е н и е м H e rs c h e l 36
г а з о в о -п ы л е в ы х « с к у л ь ­
п тур » о с о б е н н о в ы д е ­
ляю тся
две
структу­
р ы , ч е м -т о п о х о ж и е на
см ерчи. Д л и н а ка ж д о го
из них со ста вл яе т о ко ­
ло половины светово­
го го д а . М е ж з в е з д н ы е
«см ерчи» н а п о м и н а ю т
с в о и х з е м н ы х « т е з о к»
не т о л ь к о в н е ш н е , но и
внутренне. К а к п р е д п о ­
л а г а ю т а с т р о н о м ы , их
во р о н ко о б р а зн а я ф ор­
ма объ ясняется те м п е ­
ратурны м и разл ичиям и
м еж д у разны м и частя­
ми тум анности.
H ubble о с у щ е с тв л я е т
с ъ е м ку не т о л ь к о в в и ­
д и м о м , но и в б л и ж н е м
и н ф р а кр а с н о м д и а п а з о ­
не. Б л а годаря этой с п о ­
с о б н о с ти о н м о ж е т за ­
гл я н уть с к в о з ь пы л е вы е
о б л а ка - в с а м о е се р д ц е
«Л агуны ». В торое о п уб л и ­
ко в а н н о е
и зо б р а ж е н и е
д е м о н с тр и р у е т тот ж е
с а м ы й р е ги он , но у ж е в
И К -сп е ктр е . На не м м о ж ­
но у в и д е ть м н о ж е с т в о
зв е зд . Б о л ь ш и н с тв о из
них я в л я ю тс я ф он овы м и ,
но н е с ко л ь ко р а с п о л о ж е ­
но в н у тр и с а м о й т у м а н н о ­
сти. Ч то ка с а е тс я ги га н та
H erschel 36, то в это м
с п е кт р а л ь н о м д и а п а зо н е
он с и я е т д а ж е ярче.
На с н и м к а х т а к ж е
зам етны тем ны е ко м ­
па ктн ы е
га з о в о -п ы ­
левы е с гу с тки - та к
назы ваем ы е
гл о б у л ы .
О ни
характеризую тся
р е з к о о ч е р ч е н н ы м и гр а ­
ницам и и более в ы со ­
кой п л о тн о сть ю вещ е­
ства, неж ели в обы чны х
м еж звезд ны х пы левы х
о б л а ка х . К р у п н ы е гл о б у ­
л ы и м е ю т м а ссу , д о с т а ­
т о ч н у ю д л я т о го , ч то б ы
в н у т р и н и х н а ч а л и ф ор ­
м ироваться новы е зв е з­
ды . Но д аж е м ощ ности
H u b b le
недостаточно,
ч т о б ы з а гл я н у т ь в их
не д р а . А с т р о н о м ы н а д е ­
ю тс я р а с с м о т р е т ь , ч то
ж е скр ы в а е тся внутри
гл о б ул , с п о м о щ ь ю т е л е ­
с к о п о в н о в о го п о ко л е ­
ния - в частн ости , к о с ­
м и че ской обсерватории
Д ж е й м с а У эб б а (J a m e s
W eb b S p a ce T e le s c o p e ),
за п уск которой долж ен
с о с т о я т ь с я в 2 0 2 0 г.
СПРАВА - центральная область туманности «Лагуна», сфоюграф и
рованная камерой WFC3 космического телескопа Hubble в спек
тральных линиях ионизированного кислорода 0111 (502 нм. п о ка ­
зана условны м голубым цветом), водорода На (656 нм. условны й
зелены й цвет) и азота N il (658 нм. условны й красны й цвет)
СЛЕВА - тот ж е регион, отснятый в линиях 7.25 и 7.6 м к м б л и ж не ­
го инф ракрасного д иапазо на (соответственно голубой и оранж е­
вы й условны е цвета) И зображ ения бы ли опубликованы на сайте
орбитальной обсерватории п о случаю ее 28 й годовщины.
ВСЕЛЕННАЯ
За гад/са
п ервы х
га л а к ти ч е ски х
скоплений
* 'i
>
*.«
ш.
Гал а кти че ски е ско п л е н и я явл яю тся кр уп н е й ­
ш ими
гр а в и т а ц и о н н о -с в я з а н н ы м и
стр уктур а м и
В с е л е н н о й . О ни м о гу т о б ъ е д и н я т ь с о т н и , а п о р о й
и т ы с я ч и га л а к т и к , с у м м а р н а я м а с с а к о т о р ы х в а ­
р ь и р у е тс я в д и а п а з о н е о т 1 0 13 д о 1 0 15 с о л н е ч н ы х .
Д о не д а вн и х пор а стр о н о м ы считали, что первы е
п р о т о с к о п л е н и я н а ч а л и ф о р м и р о в а т ь с я , к о гд а в о з ­
р а с т В с е л е н н о й с о с т а в л я л о к о л о 3 м л р д лет. О д н а ­
к о р е зу л ь та т ы д в у х н о в ы х и с с л е д о в а н и й , о п у б л и к о ­
в а н н ы е в ж у р н а л а х N a tu re и A s tro p h y s ic a l J o u rn a l,
го в о р я т о то м , ч т о у ч е н ы м п р и д е тс я с е р ь е з н о п е р е ­
см отреть преж ние оценки.
К л ю ч е в у ю р о л ь в э ти х и с с л е д о в а н и я х с ы гр а л и
радиотел ескопы Е вропейской Ю ж ной обсервато­
р и и A L M A (A ta c a m a L a rg e M illim e te r/s u b m illim e te r
A rra y) и APEX (A ta c a m a P a th fin d e r E x p e rim e n t). Д в е
м е ж д у н а р о д н ы е гр у п п ы а с т р о н о м о в о б н а р у ж и л и с
их п о м о щ ь ю н е о б ы к н о в е н н о п л о т н ы е к о н ц е н т р а ­
ц и и га л а к т и к , ко т о р ы е , п о -в и д и м о м у , н а х о д я т с я в
п р о ц е с с е с л и я н и я и о б р а з о в а н и я я д е р б у д у щ и х пм
га н т с к и х с к о п л е н и й .
П е р ва я гр у п п а п о д р у к о в о д с т в о м Т и м а М и л л р ра и з у н и в е р с и т е т а Д а л у з и в К а н а д е (T im M iller,
D a lh o u s ie U n ive rsity, H a lifa x , C a n a d a ) о б н а р у ж и л а п р о ­
т о с к о п л е н и е , п о л у ч и в ш е е о б о з н а ч е н и е S P T 2 3 4 9 -5 6 .
О но с о с т о и т и з 14 га л а к т и к , с в е т к о т о р ы х б ы л и с п у ­
щ ен и м и , к о гд а в о з р а с т В с е л е н н о й с о с т а в л я л о к о л о
1,4 м л р д л е т - в д е с я т ь р а з м е н ь ш е н ы н е ш н е го .
Г а л а к т и к и S P T 2 3 4 9 -5 6 н а х о д я т с я в п р о ц е с с е с б л и ­
ж е н и я , о б р а зуя , п о с л о в а м и с с л е д о в а т е л е й , « п л о т­
н у ю кучу» . В се о н и х а р а к т е р и з у ю т с я к р а й н е б у р н ы м
звезд ооб разованием . И нтенсивность рож дения
н о в ы х с в е т и л в э то й к о м п а к т н о й о б л а с т и н е в е р о ­
я т н о в ы с о к а : е ж е го д н о д в S P T 2 3 4 9 -5 6 п о я в л я ю т с я
т ы с я ч и м о л о д ы х з в е з д . Н и гд е в р а н н е й В с е л е н н о й
д о с и х по р не н а б л ю д а л о с ь т а к о г о у р о в н я а к т и в н о ­
сти. Д л я сравнения : с ко р о с ть зве зд о о б р а зо ва н и я в
М л е ч н о м П ути с о о т в е т с т в у е т п р и м е р н о о д н о й с о л н ­
ц е п о д о б н о й з в е з д е в год.
Д р у га я гр у п п а а с т р о н о м о в , в о з гл а в л я е м а я А й ве н о м О тео и з Э д и н б у р гс к о го у н и в е р с и т е т а в В е л и ко ­
б р и т а н и и (Iva n O teo, U n iv e rs ity o f E d in b u rg h ), и с с л е ­
д о в а л а с к о п л е н и е , с о с т о я щ е е и з б о га т ы х п ы л ь ю
з в е з д о о б р а з у ю щ и х га л а к т и к . И з-за с в о е го ц в е та
оно получило неоф ициальное название «Красное
п ы л е в о е яд ро » . В п е р в ы е о н о б ы л о з а м е ч е н о в в и д е
с л а б ы х с в е т о в ы х п я те н в хо д е н а б л ю д е н и й , в ы ­
п о л н е н н ы х и н ф р а к р а с н ы м к о с м и ч е с к и м т е л е с ко -
т
м
« г*
1 *1
V
п о м H e rs c h e l и р а д и о т е л е с к о п о м SPT (S o u th Pole
T e le s c o p e ), р а с п о л о ж е н н о м на Ю ж н о м п о л ю с е .
Во вр е м я п о с л е д у ю щ и х н а б л ю д е н и й с и с п о л ь зо ­
в а н и е м а нтен н A L M A и APEX гр у п п а Отео уста но вил а ,
что эти о б ъ е кты о б л а д а ю т н е о б ы ч н о й с т р у кт у р о й и
о тн о с я тс я к го р а зд о б олее ранней эпохе, чем и з н а ­
ч а л ь н о п р е д п о л а га л о с ь . М ы в и д и м их та ки м и , к а к и м и
они б ы л и ч е р е з 1,5 м л р д л е т п о сл е Б о л ь ш о го В зры ва.
В се го « К р а с н о е п ы л е в о е яд ро » с о с т о и т из д в ух групп,
в к л ю ч а ю щ и х в себя 14 и 10 м а с с и в н ы х га л а к т и к . Р аз­
м ер к а ж д о й и з них с р а в н и м с р а с с то я н и е м м е ж д у
М л е ч н ы м П утем и с о с е д н и м и с н и м М а ге л л а н о в ы м и
О б л а ка м и (160-200 ты с. с в е т о в ы х лет).
ВСЕЛЕННАЯ
Этот колла ж объединяет три изображ ения удаленной группы взаимодейст вующ их и сливаю щ ихся галактик в м олодой Вселенной.
Слева ш ирокоугольны й сним ок, полученны й с пом ощ ью радиотелескопа SPT (South Pole Telescope) в Антарктиде. На нем заметно
только размытое яркое пятно В центре - изображение, полученное телескопом APEX (Atacam a P athfinder Experiment), на котором в и д ­
но больш е деталей. Справа - наиболее детальный сним ок, сделанны й с пом ощ ью антенного м ассива ALMA (Atacam a Large M illim e te r/
subm illim e te r Array) Он показывает, что отснятый объект в действительности представляет собой группу из 14 сближ аю щ ихся галактик
в процессе ф орм ирования галактического скопления
.
APEX
ALM A
S O /A LM A (E S O /N A O J/N R A O )/M ille r e t al.
SPT
Так худож ник представляет себе группу взаимодействующих га­
лактик в ранней Вселенной. И з подобны х групп к настоящему врем ени сф ормировались галактические скопления самые м ассивные непосредственно наблю даемы е объекты Ранее считалось.
что эти события происходили спустя прим ерно 3 млрд лет после
Большого Взрыва, поэтому астрономы были очень удивлены, когда
новы е наблюдения, выполненные радиотелескопами ALMA и APEX,
показали, что описанны е процессы имели место, когда наш мир
был как м иним ум вдвое моложе.
П о сл о в а м Отео, д л я е го ко м а н д ы это ста л о ве сьм а
н е о ж и д а н н о й н а хо д ко й . В рем я ж и з н и п о д о б н ы х б о га ­
ты х п ы л ь ю зв е з д о о б р а з у ю щ и х га л а к т и к кр а й н е не ­
в е л и ко , п о с к о л ь к у о н и о че н ь б ы с тр о р а с х о д у ю т свои
за п а сы м е ж з в е з д н о го газа, и о б р а зо в а н и е н о в ы х с в е ­
ти л в них на о п р е д е л е н н о м этапе р е зк о за м е д л яе тся.
В к а к о й бы у го л о к В се л е нно й а с т р о н о м ы ра ньш е не
за гл я д ы в а л и , т а ки е а к т и в н ы е о б ъ е кты вс е гд а бы ли
п р е д ста в л е н ы в ве сь м а н е б о л ьш о м ко л и ч е с тв е .
Ещ е о д и н в а ж н ы й а с п е к т п р о б л е м ы з а к л ю ч а е т с я
в то м , что , с о гл а с н о с о в р е м е н н ы м т е о р е т и ч е с к и м
и ко м п ью те р н ы м моделям, ф орм ирование м а сси в­
н ы х га л а к т и ч е с к и х п р о т о с к о п л е н и й д о л ж н о б ы л о
з а н я т ь не м е н е е т р е х м и л л и а р д о в лет. О д н а ко это
не с о о т в е т с т в у е т р е а л ь н о й ка р т и н е . Б олее т о го ,
д о п о л н и т е л ь н ы е н а б л ю д е н и я на т е л е с к о п е APEX
п о к а з ы в а ю т , ч то к о л и ч е с т в о з в е з д о о б р а з у ю щ и х
га л а к т и к , по в с е й в е р о я т н о с т и , в т р о е б о л ь ш е , ч е м
п р е д п о л а га л о с ь д о с и х по р .
П о ка у ч е н ы е не м о гу т о б ъ я с н и т ь , к а к с т о л ь м а с ­
си вн ы е га л а кти ки успели п р о эво л ю ц и о н и р о ва ть и
т е с н о с б л и з и т ь с я за т а к о е к о р о т к о е в р е м я . В се это
о з н а ч а е т , ч т о д л я р а с к р ы т и я з а га д к и п о я в л е н и я во
В с е л е н н о й п е р в ы х ги г а н т с к и х га л а к т и ч е с к и х с к о ­
п л е н и й а с т р о н о м а м п о тр е б у е тс я п р о в е с т и е щ е н е ­
мало наблю дений и исследований.
ц_
g
|
с
£
5
с5
й
ВСЕЛЕННАЯ
Ультраф иолетовы й
каталог окрестностей
Галактики
О сновная ч а с ть и зл у­
чения с а м ы х м о л од ы х и
го р я чи х з в е з д Вселенной
пр иход ится на ул ьтра­
ф иолетовую ча с ть с п е к­
тра. Его и зуче ни е кр а й не
в а ж н о для а стр о н о м о в .
Н аблю дая
за
новоро­
ж д е н н ы м и зв е зд а м и , м ы
м о ж е м л учш е понять, к а к
и м е н н о они сф о р м и р о ва ­
л и с ь и ка ко в ы м е х а н и з­
м ы их р аспределения в
га л а кти ка х.
К а к ни странно, д о не­
д а в н и х пор учены е не
распо л а га л и ультраф ио­
л е то в ы м ка та л о го м з в е з д
и с ко п л е н и й , р а сп о л о ­
ж е н н ы х в б л и зл е ж а щ и х
га л а кти ка х . С итуация и з­
м е ни л а сь с пуб л и ка ц и ей
результатов обзора LEGUS
(Legacy E xtraG alactic UV
Survey).
Ч тобы с о с та в и ть ка ­
талог,
м е ж д ун а р о д н а я
ко м а н д а а с тр о н о м о в в о с­
по л ь зо в а л а с ь результата­
м и на б л ю д е н и й те л е ско ­
па Hubble. Б ы ло вы брано
св ы ш е
500
объ ектов,
р а сп о л о ж е н н ы х на рас­
с то я н и я х от 11 д о 58 м лн
с в е то в ы х лет о т М л е чно го
Пути (больш ее из чисел
(
Гэлактика М 66 (NGC 3627) - один
из компонентов так называемого
‘ Триплета Льва» - удалена от
нас на 35 млн световых лет (как
и д ва других компонента М65
и NGC 3628). Все три системы
активно воздействуют друг на
друга своей гравитацией, прово­
цируя сжатие облаков межзвезд­
ного водорода и способствуя ак­
тивному звездообразованию
Приведенные изображения я в ­
ляются частью каталога LEGUS
- наиболее полного и детально­
го обзора сравнительно близких
галактик в ультрафиолетовом
диапазоне, который был состав­
лен по материалам съемки, про­
изводившейся
орбитальной
обсерваторией Hubble Каталог
предназначен для систематиза­
ции данны х о молодых звездах
и областях звездообразования,
наблюдающ ихся в окрестностях
Млечного Пути Фотографирова­
ние велось в ближней ультрафио­
летовой и видимой части спектра
с пом ацью Камеры широкого
поля WFC3 и Усовершенствован­
ной обзорной камеры ACS
Расстояние д о галактики M l 06
(NGC 4258) оценивается в 20 млн
световых лет. Она известна бла­
годаря двум дополнительным
«невидимым» спиралытым -рука­
вам, состоящим в основном из
горячего газа - их /ложно зареги­
стрировать в радиодиапазоне или
с помощью рентгеновских косми­
ческих телескопов Области звез­
дообразования, хорошо заметные
благодаря горячим голубым звез­
дам, рассыпаны в кольцеобразной
области, окружающей централь­
ное сгущение.
I
Компактная голубая карликовая
галактика UGCA 281 находится в со­
звездии Гончих Псов на расстоянии
18.5 млн световых лет Несмотря на
небольшие размеры, она содержит
две гигантские области звездообра­
зования - в н и х видно множество яр­
ких новорожденных звезд окружен­
ных облаками /хежзвездного газа (в
бсновнал водорода, на изображении
показаны условием зеленым цве=
том). Остальная часть с точки зрения
звездообраэовательной активности
выглядитдостаточно спокойной и со­
стоит из старых краохштых светил
Сквозь них «просвечивают» более да­
лекие 'спиральные и эллиптические
галактики
«
i
ВСЕЛЕННАЯ
б л и з ко к пр е д е л ьно м у
р а сстоя нию , на ко то р о м
о р б и та л ьны й
те л е ско п
спо со б е н р а зл и ч и ть наи­
более я р ки е зв е зд ы и с к о ­
пления). О сн о в н ы м и к р и ­
те ри ям и отбора сл уж и л и
м а сса га л а кти к, с ко р о с ть
зв е зд о о б р а зо в а н и я в них,
а т а кж е п р о ц е н т со д е р ж а ­
ния э л е м е н то в тяж елее
вод орода и гелия. Д о п о л ­
ните л ьно п р и н и м а л и с ь во
в н и м а н и е да нны е , по л у­
чен ны е ранее сп е ц и а л ь ­
н ы м ультраф иол етовы м
те л е ско п о м GALEX.
В результате исследо­
ватели отобрали 30 га ­
л а кти к, для ко то ры х был
составл ен ка та л о г зв е зд и
зв е зд н ы х ско пл е ний ; еще
для полусотни объ ектов
соста вил и ка та л о г толь­
ко звезд. В общ ей с л о ж ­
ности в LEGUS вош л о 8
ты с. зв е зд н ы х ско пл е ний
(м асса н е ко тор ы х из них
в 10 раз превы ш ает м а с­
су кр упн ей ш их ско пл е ний
М л е чно го Пути) и 39 млн
звезд, к а к м и ним ум впяте­
ро более м ассивны х, чем
Солнце. Все эти о бъ екты
сравнительно
молоды :
во зр а ст зв е зд составл яет
от 1 д о 100 м лн лет, с к о ­
плений - от 1 д о 500 млн
лет. В доб авок бы ли полу­
чены общ ие ультраф иоле­
то вы е изо б ра ж е ния их ро­
д и те л ьс ки х га л а кти к.
А стр о н о м ы надею тся,
что публикация каталога
п о зво л и т и м лучш е понять,
к а к происход ят процессы
зве зд о о б ра зо ва ния и ка к
о кр у ж а ю щ а я среда влияет
на пути эво л ю ц и и м ол о­
д ы х светил. Т а кж е данны е
LEGUS д о л ж н ы п о м о ч ь ра­
зобраться в том , к а к и м е н ­
но зве зд ы соб ираю тся в
кр упн ы е п р о стр анств е н­
ны е стр уктур ы наподобие
спи ра л ьны х рукавов.
К р о м е т о го , н о в ы й
ка та л о г та кж е станет
больш им подспорьем в
изучении са м ы х д ал е­
к и х га л а к т и к , ч ь е у л ь т р а ­
ф иолетовое изл учение
и з-за эф ф е кта Д о п л е р а
(к р а с н о го
см ещ ения)
«перем естилось» в ин­
ф ракрасную часть с п е к­
тр а .
О ж ид ается,
ч то
а н а л и з д а н н ы х LEGUS
п о м о ж е т з а м е т н о ул уч ­
ш и т ь и н т е р п р е т а ц и ю ре ­
зультатов наблю дений
к о с м и ч е с к о го т е л е с ко п а
Д ж е й м с а У эб б а (J a m e s
W ebb S p a ce T e le sco p e ),
за п у с к ко то р о го н а м е ­
ч е н на 2 0 2 0 г.
В галактике UGC 5340, удаленной от,
нас на 40 млн световых пет, актив­
ное звездообразование сосредото­
чено в трех крупньх регионах (на
снимке справа внизу). Вероятнее
всего, таги оно инициируется гра(Вигэцконным взаимодействием с
невидимым спутником этой звездАэй систем. Однако вся она так­
ж е характеризуется интенсивным
формированием молодых звезд и
благодаря это»ху имеет ра снимках
голубоваюбелый цвет.
V
в крупной спиральной галактике
М96 (NGC 3368), расположенной
в 35 млн световых лет от нас в
направлении созвездия Льва,
звездообразование в основном
происходит вдоль темных волокон
межзвездной пыли, очерчивающих
ее спиральные рукава. Молодые
звезды освещают окружающие
облака водорода ионизируя их и
заставляя светиться характерным
розовым цветом.
•
Спиральная галактика NGC.
6744, видим ая в ю ж н о м соЭЬез-'
д н и П авлина n j деленная от на$
примерно на SO* м л н световых
..■лет, считается одной из наибо­
лее похож их на--/Млечный Путь
по массе, размерам и?.структуре
(она также имеет центральную
. « п е р е м е н у » в районе ядра)*
Вдобатюк в озле нее заметен
карликовы й спут ник,. непоминающ ий Большое Магелланово
Облако. Тем не менее, интен­
сивност и звездообразования
в этой системе заметно выше,
чем е нашей
•i
Генеральные спонсоры
Listening То The Pulse Of The Planet
AUTO
Standard
G ro u p
Издаетеп при поддержке
V\0 » A .*
ЛКАДЕМ1Я
НАУК
у*ра\\\*
Национальная
академия
наук Украины
*epotoonv«e т о ы у т э у«рц-
УКРА\^Л
Государственное
космическое
агентство Украины
Информационно­
аналитический
центр
«Спейс-Информ»
Щ | Главная
астрономическая
обсерватория.
НАН Украины
Государственный
астрономический
институт им. П, К. Штернберга
Московского
государственного
университета
Международное
Евразийское
астрономическое
общество
Аэрокосмическое
общество
Украины
Украинская
астрономическая
ассоциация
Автор
barmaley
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
9
Размер файла
13 977 Кб
Теги
ВСЕЛЕННАЯ ПРОСТРАНСТВО ВРЕМЯ
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа