Александр Викторович Волков - 100 великих загадок астрономии Страница 41

Почему звезды убегают из нашей Галактики?

Наша Галактика объединяет миллиарды звезд. Кажется, что все они, подобно Солнцу, движутся по раз и навсегда заведенным путям. Однако этот порядок обманчив. Среди обитателей Галактики, которые и впрямь не сворачивают со своих предначертанных орбит, есть странные создания, стремящиеся нарушить любые законы. Словно не довольствуясь своим положением в Галактике, они норовят покинуть ее. Какая-то таинственная сила в далеком прошлом погнала их, и, похоже, ничто не может их удержать. С неуклонным упорством они пытаются выскользнуть из Млечного Пути, скатиться далеко на его обочину.

Астрономы долго спорили о том, могут ли звезды покидать свое родное семейство и, подобно мореплавателям, пустившимся в путь через океан, дрейфовать по межгалактическим просторам в направлении какой-нибудь соседней галактики. Эти дискуссии продолжались до 2005 года, когда наконец удалось обнаружить первого космического «мигранта». Это была звезда в созвездии Гидры. С невиданной прежде скоростью она пересекала отдаленную область Млечного Пути, расположенную на расстоянии 200 тысяч световых лет от нашей планеты. Американский астроном Уоррен Браун, открывший эту беглянку, назвал ее «отверженной».

Но легко ли отринуть от себя власть этого сверкающего сонма звезд и устремиться навстречу тьме? Пули, вылетая из ствола автомата Калашникова, мчатся со скоростью около километра в секунду. На просторах космоса они напоминали бы улиток, вяло переползающих с одной половины листа на другую. Чтобы преодолеть силу земного тяготения, космические ракеты вынуждены разгоняться до 11,2 километра в секунду. Межпланетные зонды, если им доведется достигнуть границ Солнечной системы, вынуждены двигаться со скоростью более 40 километров в секунду, чтобы покинуть ее. С какой же скоростью должны мчаться звезды, чтобы преодолеть силу притяжения громадной галактики? Пожалуй, что в десятки раз быстрее, чем объекты, порывающие со своей планетной системой.

Среди обитателей галактик есть странные создания, стремящиеся нарушить любые законы

Когда Браун и его коллеги измерили скорость движения «отверженной» звезды, полученный результат не мог не удивить астрономов: не менее 709 километров в секунду, или 2,5 миллиона километров в час. Исследователи убеждены, что, разогнавшись до такой скорости, она рано или поздно покинет наш Млечный Путь. Астрономы уже дали название новому классу звезд – звезд-парий, не находящих себе место в родной галактике. Их окрестили «гипербыстрыми звездами».

Что же побудило их двигаться в этом головокружительном темпе? Еще в 1988 году астрофизик Джек Хиллс из Лос-Аламосской лаборатории показал, что, с теоретической точки зрения, подобные темпы передвижения звезд вполне возможны. В своей компьютерной модели он исследовал процессы, протекающие в центральной части Млечного Пути. Как мы знаем теперь, там располагается громадная черная дыра. Если к этому гравитационному монстру приблизится двойная звезда, то под действием силы его притяжения она будет разорвана на две части. Одна звезда соскользнет, как в пучину, в недра черной дыры, в то время как другая будет выброшена, словно из катапульты, в космическую даль. Расчеты показали, что отскочившая от черной дыры как от стены звезда может разогнаться до скорости 4000 километров в секунду.

Похоже, отверженная звезда SDSS J090745 + 0024507, обнаруженная Брауном, подтверждает эту гипотезу. С огромной скоростью, наперерез всем другим орбитам, она спешит умчаться прочь от черной дыры – этого космического «хищника», поглотившего ее напарницу. Но насколько часто в космосе случаются подобные события? Имеем ли мы дело с отдельными париями или с целой кастой (точнее, классом) звезд, «уносящих ноги» от чудовища, едва не подстерегшего их?

Вот уже несколько лет астрономы ведут поиски гипербыстрых звезд. Эти «безродные эмигранты» редки, как едва ли какой другой небесный объект. По первоначальным оценкам Уоррена Брауна, на 100 миллиардов звезд нашей Галактики приходится лишь тысяча гипербыстрых звезд. Одна из них – голубой гигант HE 0437–5439. Сейчас эта звезда находится уже на окраине Млечного Пути, на расстоянии «всего» 65 тысяч световых лет от Большого Магелланова Облака. Ее скорость также составляет около 2,5 миллиона километров в час. По оценке Брауна, она движется примерно вдвое быстрее, чем нужно, чтобы преодолеть силу притяжения нашей Галактики.

Это открытие, впрочем, сразу озадачило ученых. Расчеты показывают, что этой звезде потребовалось бы примерно 100 миллионов лет, чтобы добраться из галактического центра, где она когда-то пребывала, туда, где находится сейчас. Однако столь массивные звезды обычно выгорают уже через 20 миллионов лет.

Как предположили астрономы, первоначально эта звезда была частью тройной звездной системы, которая приблизилась к черной дыре, притаившейся в центре Млечного Пути, и здесь, под действием силы ее притяжения, распалась. Одна из звезд была поглощена черной дырой, а две другие выброшены далеко на периферию Галактики. Впрочем, они не разлетелись в разные стороны. С этого времени их судьбы оказались еще более тесно связаны, чем прежде. Во время этой коллизии одна из звезд поглотила другую и превратилась в голубого гиганта.

Коллеги Брауна все же не берутся уверенно утверждать, что этой звезде удастся покинуть Млечный Путь. Так же обстоит дело и с некоторыми другими «кандидатами на вылет». Астрономы не всегда могут точно оценить положение той или иной отдаленной звезды. А ведь от этого зависит расстояние, которое требуется ей преодолеть, противясь силе притяжения Галактики. Скорость большинства звезд Млечного Пути тоже неизвестна. Обычно астрономы вычисляют лишь так называемую радиальную скорость движения, то есть ту составляющую скорости, которая характеризует, как быстро эта звезда перемещается вдоль направления, в котором мы ее видим. Наконец, нам неизвестно значение важнейшей величины, которая и определяет судьбы всех звезд. Мы не представляем себе точной массы Млечного Пути. А ведь чем она больше, тем быстрее должны двигаться звезды, чтобы «порвать со своим прошлым» и покинуть Галактику.

Как мы теперь знаем, большую часть массы Млечного Пути составляет масса темного вещества. Определить ее можно лишь по косвенным признакам. Как отмечал в 2010 году на страницах «Astrophysical Journal» немецкий астрофизик Норберт Пшибилла, «астрономы продолжают оживленно обсуждать количество темного вещества, которое содержит Млечный Путь». Вполне возможно, что масса Млечного Пути попросту недооценивается. Так, по расчетам Пшибиллы, опубликованным в том же журнале, Млечный Путь весит не менее 1,8 триллиона солнечных масс – почти вдвое больше, чем считают многие исследователи.

Что может значить эта поправка для всех небесных тел, которые намерены «эмигрировать» из нашей Галактики? Пока, по данным на апрель 2011 года, астрономы выявили 17 гипербыстрых звезд, готовых решительно порвать со своей родиной. Удастся ли им их побег? Это зависит от точного значения массы Млечного Пути. Возможно, некоторым из этих звезд, несмотря на все их старания, так и не достанет сил вырваться на «окологалактическую» орбиту.

В свою очередь, наблюдения за центральной частью Галактики позволят ученым понять, справедлив ли сценарий, объясняющий, почему некоторые звезды движутся так быстро. Действительно ли черная дыра, расположенная там, разбрасывает звезды во все стороны от Галактики, как предполагают астрономы?

Шаровые звездные скопления, «космические мафусаилы»

Долгое время астрономы пытались понять природу загадочных округлых пятен, впервые замеченных на ночном небосводе в 1665 году. Лишь более ста лет спустя, в 1782 году, Уильям Гершель пришел к выводу, что это – сферические скопления звезд. Он же дал им название Globular Cluster, «шаровые скопления».

В ХХ веке число шаровых скоплений, обнаруженных в гало Млечного Пути, стало стремительно расти. Сейчас их известно более полутора сотен. Еще от 10 до 50 подобных скоплений, как полагают астрономы, скрывается пока за пеленой газа и пыли. Кроме того, обнаружены тысячи шаровых скоплений, расположенных в других галактиках. Самое дальнее находится в галактике NGC 3311, на расстоянии свыше 150 миллионов световых лет от Земли.

Даже при наблюдении в небольшой телескоп шаровые скопления кажутся лишь слегка размытыми пятнами. Только в мощный телескоп их можно увидеть во всем великолепии. Подобные объекты насчитывают от 100 тысяч до миллиона звезд, образующих сферу, которая достигает в поперечнике всего нескольких десятков световых лет.

Шаровые скопления часто именуют «космическими мафусаилами». Это – старейшие объекты нашей Галактики, они образовались одновременно с ней и могут немало поведать о ее далеком прошлом. У них своя бурная история, тайны которой астрономы только начинают разгадывать.