Текст книги "Эврика-87"
Автор книги: Автор Неизвестен
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 27 страниц)
Это весьма грубая картина того, что происходит в действительности, но она позволяет наглядно представить себе суть дела. Обоснованием этих соображений занималась большая группа советских и зарубежных физиков, но основной вклад внесли теоретики Физического института имени П. Н. Лебедева Академии наук СССР Д. Киржниц и А. Линде.
Так вот расширение юной Вселенной сразу после ее рождения привело к тому, что плотность массы в ней быстро упала почти до нуля. По оценкам Гута и Линде, это произошло где-то на уровне 1СГ35 секунды.
Пустая Вселенная, как уже упоминалось выше, мгновенно начала "раздуваться", увеличив свои размеры на десятки порядков. Температура ее быстро уменьшалась, и где-то ближе к середине эры "раздувания"
она стала такой, что нарушилась симметрия взаимодействий и создались условия для интенсивного рождения хиггсонов. Это сопровождалось снижением энергии вакуума и соответственно выпадением ("кристаллизацией") огромного числа протонов, нейтронов, частиц-гиперонов, различных типов мезонов.
Вследствие изменения уровня вакуума средняя плотность свободной ("плавающей" в вакууме) массы подскочила на сотню порядков – увеличилась в 10100 раз! Из вещества, которое возникло буквально из пустоты, в дальнейшем образовались все галактики, звезды, планеты окружающего нас мира. При этом в различных частях Вселенной мог образовываться различный вакуум. Соответственно, различными там будут и основные физические законы.
Каких только чудес не открывает физика!
Продолжительность эры быстрого "раздувания" составляла всего лишь около 10 32 секунды-трудновообразимый миг, но он в тысячу раз дольше всей предшествующей жизни Вселенной,
Подобно тому, как это всегда происходит при выделении из расплава более упорядоченной фазы, рождение частиц сопровождалось выделением тепла. (Вспомним, как зимой мы радуемся повышению температуры, когда на улице идет снег!) К концу эры быстрого "раздувания" Вселенная раскалилась настолько, что родившиеся частицы расплавились в кварк-глюонную плазму. Образовался громадный шар раскаленного вещества, точнее, "гроздь" огромного числа областей вселенных с различным вакуумом. Каждая из них как раз и есть тот горячий "праисторический мир" Гамова, в котором при дальнейшем, уже сравнительно медленном расширении Вселенной по стандартному фридмановскому сценарию "сварилось" окружающее нас вещество.
Теоретики обсуждают еще более совершенные космологические сценарии, в которых "гроздь" вселенных образуется "раздуванием" сверхмалых, порядка 10"33 сантиметра, пространственных "зернышек", возникающих в результате квантовых флуктуаций энергии и пространственно-временной метрики. Это предмет только еще рождающейся квантовой космологии.
Во всех случаях новый космологический сценарий не перечеркивает и не отбрасывает теорию Фридмана, он включает ее как необходимый фрагмент, описывающий более позднюю стадию развития Вселенной.
Самая сокровенная тайна природы
На временной оси Вселенной разумная жизнь в окрестностях нашего Солнца занимает крошечный, едва различимый интервал. Наши знания простираются значительно дальше. Мы можем делать достаточно уверенные прогнозы на 1025-1030 лет в будущее и вплоть до 10"25-10 30 секунды от "начала мира" в прошлое. С помощью единой теории сильных, электромагнитных и слабых взаимодействий можно рассматривать еще более широкий интервал приблизительно от 10 40 секунды до 10 °° лет. Полторы сотни порядков!
Правда, надежность предсказаний на краях интервала значительно снижается.
Если в единое взаимодействие включить еще и гравитационные силы, то тогда удается дотянуться до времен 11 порядка 10"43 секунды, когда Вселенная была квантовым объектом. К сожалению, теория "суперполя", которая реализовала бы давнюю мечту Эйнштеина о построении единой теории всех известных нам сил природы, находится пока еще в младенческом возрасте.
Что было еще раньше, как произошло рождение Вселенной,– об этом можно лишь гадать. Это тайна тайн.
Остается только утверждать, что материя заведомо не могла возникнуть "из ничего" и рождению "нашего мира"
предшествовали какие-то другие его состояния, хотя весьма вероятно, что понятия временного порядка – "следовать" и "предшествовать" – в таких особых состояниях материи просто не имеют смысла.
Была надежда получить сведения об "окрестностях" "начала мира", заглянув за край фридмановской Вселенной, на расстояния порядка 10 -23 километра, где находятся разлетающиеся осколки ее горячей фазы. Однако модель "раздувающейся" Вселенной убеждает в том, что там мы заметим лишь следы повторного разогрева Вселенной. О том, что было раньше, может сказать пока только теория.
А она подсказывает нам удивительные вещи! Например, единая теория "суперполя" становится замечательно последовательной и изящной, если допустить, что на расстояниях порядка 10 33 сантиметра, а именно такой была Вселенная в возрасте 10 43 секунды, пространство-время становится десятии одиннадцатимерным. "Лишние"
шесть-семь измерений имеют очень большую кривизну, и размеры Вселенной по этим направлениям чрезвычайно малы. Эти направления замыкаются в микромире, и мы их не замечаем.
Образно говоря, наш мир представляет собой поверхность длинного и тонкого десяти– или одиннадцатимерного стержня, точнее, проволоки, растянутой по четырем известным нам пространственно-временным измерениям и очень тонкой по остальным.
Более того, вследствие квантовых флуктуаций размерность мира может изменяться. В принципе (страшно сказать!) стать дробной, иррациональной и даже комплексной.
Вселенная необычайно сложна по своей структуре: многоэтажная, возможно, с переменной размерностью, взрывающаяся и плавно эволюционирующая из одной своей формы в другую. Здесь нас ждет еще немало непознанного и диковинного.
Граница Вселенной отодвигается
До последнего времени самой дала кой из галактик считалась носящая на романтическое имя ЗС 324, открыте несколько лет назад югославским ас рономом Станиславом Дьорговским его американским коллегой Хайроно Спинрадом. Расстояния до таких обектов обычно определяются так называемым красным смещением, то если изменением длины волны спектральной линии излучения, "долетающего"
до нас. Так вот, у ЗС 324 коэффициент смещения составлял 1,2. А это означает, что в более привычных земляна единицах измерения нас разделяет несколько миллиардов световых лет!
Недавно те же ученые, работая со местно на четырехметровом оптичв ском телескопе Китт-Пикской обсерватории в американском штате Аризоина открыли существование сразу шесть неизвестных дотоле галактик, каждый из которых еще более удалена от и шей. У одной из них – ей присвое"– наименование ЗС 256-коэффициент красного смещения достигает 1,82.
Новый "рекордсмен", находящий* от нас уже на расстоянии 12 миллиад дов световых лет, продолжает удаляется от нашей Галактики с гигантской скоростью, составляющей 72 проценскорости света. Это открытие не только расширяет пределы известного человеку мира, но и дает некоторое представление о той скорости, с какой происхдит расширение Вселенной.
Существуют ли "галактики-каннибалы"!
Учеными обнаружено, что некоторые галактики имеют в своем центре не одно, а несколько ядер. Такие необычные экземпляры встречаются вблизи центра скопления галактик, где велика плотность этих звездных систем. Поэтому вскоре возникло предположение, что многоядерные галактики образовались в этих перенаселенных районах путем поглощения при столкновениях одной более крупной галактикой двух-трех других, меньших. Дополнительные ядра – это просто их "непереваренные остатки". Такие многоядерные галактики стали называть галактиками-каннибалами. Правда, тогда же возникли сомнения в этой гипотезе.
Некоторые астрономы указывали, что времени существования Вселенной недостаточно для того, чтобы процесс столкновения двух-трех галактик дошел до наблюдаемой нами теперь стадии.
Недавние наблюдения показали, что, во всяком случае, одна из галактикканнибалов, причем считавшаяся типичной представительницей этого типа, не заслуживает такого названия. Обработка изображения этой галактики с помощью ЭВМ показала, что "лишние"
ядра не имеют к ней никакого отношения и принадлежат другим галактикам, лежащим дальше от нас в том же направлении. Это открытие заставляет серьезно усомниться в самом существовании таких "галактик-каннибалов".
Наш новый сосед
Магеллановы облака, Большое и Малое,– это сравнительно небольшие звездные системы, наименее удаленные от нашей Галактики. Их открытие приписывают одному из спутников знаменитого мореплавателя. Каждое из них удалено от нас примерно на 180 тысяч световых лет. В 1984 году астрономы составляли с помощью радиотелескопа размером 64 метра карту этой области пространства на волне 21 метр.
Неожиданно они обнаружили там третью звездную систему, которую назвали Магеллановым мини-облаком. Предполагают, что оно отделилось от Малого Магелланова облака 20 миллионов лет назад, когда с тем соприкоснулось Большое Магелланово облако. С тех пор мини-облако удалилось от своего родителя на 20 тысяч световых лет, и они расходятся теперь со скоростью 30 километров в секунду. Раньше миниоблако не могли обнаружить потому, что его заслоняло от нас Малое Магелланово облако.
В центре Млечного Пути
Вблизи центра Млечного Пути обнаружено загадочное образование огромная дуга горячего ионизированного газа длиной в 150 световых лет. Она состоит из многих полос меньшего размера. Что удерживает эти массы газа в виде упорядоченной структуры, подобной которой ранее не наблюдали? Напоминают они протуберанцы – языки светящихся газов, которые извергает Солнце. Исследователи пришли к выводу, что Галактика обладает, как Солнце, Земля и некоторые другие планеты, магнитным полем с двумя выраженными полюсами. Возможно, что это поле возникает в результате вращения Галактики. Иначе говоря, здесь действует "динамо-эффект", тот, что приводит к появлению магнитного поля вокруг ротора обычной динамо-машины. Если эта гипотеза подтвердится, она может стать ключом к пониманию многих астрономических явлений.
Во Вселенной открыто немало парных звезд, обращающихся вокруг общего центра. Немезида (по имени древнегреческой богини, которая карала всех возвысившихся за надменность,– намек на динозавров), полагают астрономы, если она существует, должна совершать оборот по своей орбите за 26 миллионов лет, сейчас она далеко, а вот через 15 миллионов лет должна подойти на близкое расстояние...
Планета X, по мнению авторов другой гипотезы, совершает один оборот вокруг Солнца за тысячу лет, и примерно раз в 28 миллионов лет планета сильно будоражит кометный пояс.
Что там, на космических трассах!
Палеонтологи установили: 247, 220 и 65 миллионов лет назад 95 процентов представителей всей жизни на Земле погибали (в последний раз вымерли гигантские динозавры). Известны еще семь случаев массового вымирания – от двадцати до пятидесяти процентоввидов. Ученые сошлись на том, что причина должна быть внеземной. Но какой?
Многие исследователи полагают, что время от времени рой комет срывается со своего "законного" места, расположенного на краю Солнечной системы, и направляется к Солнцу, захватывая Землю. На Земле резко изменяются условия жизни, наступает сильное похолодание от экранирования Солнца "кометными дождями", от поднятой пыли и т. п.
Но вот дальше ученые не столь единодушны. Одни считают, что кометы возмущаются Немезидой – нашим вторым Солнцем, другие – планетой X. Оба объекта, конечно, пока гипотетические.
Встреча с кометой Галлея
Рассказывает академик Р. Сагдеев
Проект "Вега" ("Венера – комета Галлея") был одним из самых сложных в истории исследований Солнечной системы при помощи космических аппаратов. Он состоял из трех частей: изучение атмосферы и поверхности Венеры при помощи посадочных аппаратов, изучение динамики атмосферы Венеры посредством аэростатных зондов (аэростаты были впервые в мире запущены в атмосферу другой планеты), пролет через Газопылевую атмосферу (кому)
и плазд.енную оболочку кометы Галлея.
Автоматическая межпланетная станция "Вега-1 " стартовала с космодрома Байконур 15 декабря 1984 года, через 6 дней за ней последовала "Вега-2".
Курс был взят на планету Венера. В июне 1985 года они друг за другом прошли вблизи Венеры. Перед пролетом планеты от них отделились спускаемые аппараты, которые вошли на второй космической скорости в атмосферу Венеры, и каждый из них разделился на две части – посадочный аппарат и аэростатный зонд. С помощью посадочного аппарата была проведена серия экспериментов по исследованию атмосферы и поверхности планеты.
Аэростатные зонды дрейфовали на высоте около 54 километров, и в течение двух суток их перемещение фиксировалось сетью наземных радиотелескопов. Успешно были выполнены первые две части программы, посвященные исследованиям Венеры.
Но самой интересной была все же третья часть проекта – исследования кометы Галлея. Это небесное тело оставило глубокий след в памяти человечества, на протяжении двух тысячелетий около тридцати раз приблизившись к Солнцу. А начиная со смелой гипотезы, выдвинутой Э. Галлеем, оно было объектом систематических исследований в астрономии. Неумолимой логикой космической эры и кометы должны были стать объектами прямых исследований.
Космическим аппаратам впервые предстояло "увидеть" ядро кометы, неуловимое для наземных телескопов. Встреча "Веги-1 " с кометой произошла 6 марта, а "Веги-2" – 9 марта 1986 года. Они прошли на расстоянии 8 900 и 8 000 километров от ее ядра.
Проект был осуществлен при широкой международной коопера"
ции и с участием научных организаций многих стран-СССР, Австрии, НРБ, ВНР, ГДР, ПНР, Франции, ФРГ, ЧССР.
Чем объясняется, что комете Галлея было оказано такое внимание? Отвечу, что, кроме "Веги-1" и "Веги-2", к ней направились и другие космические аппараты – "Джотто", снаряженный Европейским космическим агентством, и два маленьких японских аппарата "Суисей" ("Комета") и "Сакигаке" ("Пионер").
Почему вообще вдруг так возрос интерес к кометным исследованиям? За последние 20 лет СССР и США направили к планетам более тридцати межпланетных автоматических станций. Их полеты расширили представления о планетах и их спутниках. Но пришла пора вспомнить и о других членах солнечной семьи, в частности о кометах.
Кометы – это гости, прибывшие с очень далеких окраин Солнечной системы. Предполагается, что около 100 миллиардов комет постоянно "прописано" в кометном облаке, окружающем Солнце на расстоянии, в десять тысяч раз большем, чем от Солнца до Земли. Судьба их различна. Большинство их остается там миллиарды лет, некоторые покидают Солнечную систему, а некоторые переходят в ее внутреннюю часть и даже попадают на орбиты с относительно небольшим периодом, подобно комете Галлея.
Кометное облако, по-видимому, образовалось вместе с Солнечной системой. В этом случае, исследуя вещество комет,. мы получим сведения о первичном материале, из которого 4,5 миллиарда лет назад сформировались планеты и спутники.
В свойствах комет много загадочного. Комета становится хорошо видимой, когда она приближается к Солнцу на расстояние, примерно втрое большее, чем радиус земной орбиты. Она вначале выглядит как круглое светлое пятнышко (голова или кома), потом в сторону от Солнца вытягивается хвост. В самом центре головы находится невидимое тело, которое называется ядром. В ядре сосредоточена почти вся масса кометы. Главной особенностью ядра является то, что оно содержит много "летучего", то есть легкоиспаряющегося вещества. Это обычно водный лед с вкраплением других молекул. Летучий материал перемешан с тугоплавкими частицами – силикатными, углистыми, металлическими. По мере приближения к Солнцу испарение льда идет все сильнее и сильнее, потоки газа покидают ядро, увлекая за собой пыль. Как будто бы многое ясно, но до сих пор не было ответа на главный вопрос какова физическая структура ядра кометы, единое ли это тело, рой из многих тел, связанных тяготением или просто летящих рядом. Ученые отдавали предпочтение первой модели, но не было оснований решительно отвергать и другие.
Поэтому самой важной задачей в проекте "Вега" было исследование физических характеристик ядра кометы.
"сметные ядра наблюдались ранее с Земли, но только как звездообразные объекты (далеко за орбитой Юпитера, когда активность отсутствует), да и таких наблюдений очень мало. В проекте "Вега" впервые ядро кометы исследовалось как пространственно разрешенный объект, определены его строение, размеры, инфракрасная температура, получены оценки его состава и характеристик поверхностного слоя.
Мы не имели и долго еще не будем иметь технической возможности совершить посадку аппарата, на ядро кометы.
Слишком велики скорости встречи – в случае кометы Галлея это 78 километров в секунду. Опасно и пролетать на слишком близком расстоянии, так как кометная "пыль" очень опасна для космического аппарата. Расстояние пролета (чуть меньше десяти тысяч километров) было выбрано с учетом существовавших ранее представлений о количественных характеристиках кометной пыли. Как же исследовать ядро с такого расстояния? Использовалось два подхода: во-первых, дистанционные измерения при помощи оптических приборов и, во-вторых, прямые измерения вещества (газа и пыли), покидающего ядро и пересекающего траекторию, по которой движется аппарат.
Оптические приборы были размещены на специальной платформе, которая поворачивалась во время полета и автоматически отслеживала направление на ядро. Эта платформа была разработана совместно с чехословацкими и советскими специалистами и изготовлена в ЧССР. Три научных эксперимента выполнялись при помощи приборов, установленных на платформе. Один из них это телевизионная съемка ядра. Специальный сложный телевизионный комплекс ТВС разработан для этого советскими, венгерскими и французскими специалистами. Различные его узлы изготовлены в СССР, ВНР и Франции.
Другой прибор – это инфракрасный спектрометр ИКС, при помощи которого одновременно проводилось два разных эксперимента – измерялись поток инфракрасного излучения от ядра (тем самым определялась температура его поверхности) и спектр инфракрасного излучения внутренних "околоядерных" частей комы на длинах волн от 2,5 до 12 микрометров с целью определения ее состава. Научное руководство этими исследованиями осуществляли советские и французские специалисты, прибор был изготовлен во Франции.
Третий инструмент на платформе – трехканальный спектрометр ТКС, который получал спектр излучения внутренней ко.лы на длинах волн от 2800 до 18 тысяч ангстрем-был разработан и изготовлен совместно специалистами СССР, Болгарии и Франции.
Итоги исследований ядра кометы Галлея, проведенных при помощи оптических приборов, можно сформулировать следующим образом. Это монолитное тело, вытянутое, форма неправильная, размеры 14 километров большой оси, около 7 километров в поперечнике. Каждые сутки его покидает несколько миллионов тонн водяного пара. Вычисления показывают, что такая "производительность" требует, чтобы испарение шло по всей поверхности. Этим свойством могла бы обладать Поверхность ледяного тела. Но вместе с тем приборы "Веги" установили, что она черная (отражательная способность менее 5 процентов) и горячая (примерно 100 тысяч градусов Цельсия). Эта, казалось бы, невероятная, противоречивая картина укладывается в простую модель, которую можно сравнить с мартовским сугробом: конгломератом льда и тугоплавких частиц, отдаленным от внешнего пространства слоем черного пористого вещества с низкой теплопроводностью.
Этот слой принимает солнечное излучение, часть его переизлучает в инфракрасном диапазоне, часть передает ледяному конгломерату. Молекулы водяного пара, образующиеся в результате испарения, диффундируют сквозь поры вверх и покидают комету. При этом они увлекают отдельные более мелкие частицы пыли. Поверхностный слой в отдельных местах поверхности время от времени взламывается (если слой становится слишком толстым и поры закупориваются), тогда образуется активная область с особо мощным истечением вещества. Толщина пористого слоя невелика – от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.
Слой этот обновляется очень быстро, за время порядка суток. Верхние его частицы отрываются и уносятся газом, а внизу прилипают новые.
Важные данные о составе ядра получены при помощи прямых измерений химического состава пыли, газа и плазмы в коме вдоль траектории полета.
Химический состав и концентрация ионов плазмы измерялись спектрометром кометной плазмы ПЛАЗМАГ. Эти измерения показали, что по относительному содержанию в потоке газа, уходящего от кометы, больше всего водяного пара, но есть также много других компонентов – атомных (водород, кислород, углерод) и молекулярных (моноокись и двуокись углерода, гидроксил, циан и др.). Полосы излучения примерно десятка молекулярных компонентов – этих же и других – зарегистрированы во внутренней коме при помощи инфракрасного и трехканального спектрометров. Особый интерес представляет вопрос о том, какие молекулы принадлежат к числу "родительских", то есть входящих непосредственно в состав ядра.
По-видимому, среди них главные – вода и углекислота, но многое указывает и на присутствие в ядре других молекул, в том числе и органических.
Вещество ядра скорее всего представляет собой так называемый "клатрат", то есть обычный водный лед, в кристаллическую решетку которого, как уже говорилось, "вкраплены" другие молекулы. С клатратом перемешаны частицы метеоритного состава, каменистые и металлические. Химический состав таких твердых частиц, которые входили в состав ядра, но покинули его под давлением газовых потоков, измерялся на траектории полета "Веги-1 " и "Веги-2" при помощи пылеударного масс-спектрометра ПУМА. В этом хитроумном устройстве химическому анализу подвергается облачко плазмы, возникающее при ударе пылинок со скоростью около 80 километров в секунду. Всего был измерен химический состав около 2000 индивидуальных частиц. Он оказался очень сложным и неоднородным. Есть частицы с преобладанием металлов, таких, как натрий, магний, кальций, железо и других, с примесью силикатов. На спектрах масс чисто видны пики кислорода и водорода, указывающие на присутствие молекул воды. Наконец, есть пылинки, в которых наряду с металлами присутствует значительное количество углерода.
Наличие разнородных пылинок указывает на сложную тепловую историю первичного материала Солнечной системы.
В результате экспедиции "Вега" ученые впервые увидели кометное ядро, получили большой объем данных о его составе и физических характеристиках, сделали выбор в пользу одной из теоретических моделей и существенно уточнили ее. Грубая схема заменена картиной реального природного объекта, ранее никогда не наблюдавшегося. Внешне он несколько напоминает спутники Марса – Фобос и Деймос, но еще более близким аналогом могут оказаться некоторые малые спутники Сатурна и Урана. Это укладывается в рамки гипотезы, предполагающей, что кометные ядра образовались сравнительно недалеко от Солнца, примерно там, где находятся планеты-гиганты от Юпитера до Нептуна, и были отброшены на большие расстояния при формировании этих планет.
Помимо исследований химического состава пылинок, измерялись количественные характеристики пылевого потока – специальные счетчики определяли количество ударов частиц разной массы (один из счетчиков был создан совместно с учеными из Чикагского университета). Эксперименты с пылевыми счетчиками показали, что около миллиона тонн космической пыли покидает кометное ядро ежесуточно. Поток ее неоднороден – он больше над активными областями ядра, кроме того, имеются эффекты, связанные с различным влиянием светового давления на движение частиц разных масс и размеров. Весьма неожиданным оказался характер распределения частиц по размерам: было обнаружено аномально большое количество малых частиц размером порядка сотой доли микрометра.
Газ, испаряющийся с ядра кометы и распространяющийся в межпланетную среду со скоростью около одного километра в секунду, в конечном счете полностью ионизируется солнечным излучением. В результате возникает гигантское плазменное образование размером около одного миллиона километров, создающее препятствие на пути сверхзвукового потока солнечного ветра – плазмы из нагретой солнечной короны. Даже магнитосфера Земли, взаимодействие которой с солнечным ветром изучается уже более четверти века с начала космической эры, имеет в 10-15 раз меньшие размеры.
Перед кометой в сверхзвуковом потоке солнечной плазмы образуется своеобразная ударная волна, не похожая по своей структуре на хорошо изученные ударные волны перед Землей и другими планетами. Она была обнаружена
и изучена приборами плазменного комплекса аппаратов "Вега", в состав которого входят энергоспектрометр плазмы, магнитометр, анализаторы низкочастотных заряженных частиц.
Прямые измерения плазмы и плазменных волн во внутренней части комы с аппаратов "Вега" могут понять особенности образования плазмы и излучения газа не только в кометах, но и в ряде других астрофизических объектов, в которых взаимодействие плазм играет большую роль.
Смерть звезды порождает... звезды!
((Сверхновые" или "сверхстарые")
Заметить какие-либо изменения в мире звезд удается крайне редко.
"Звездой-гостьей" назвали китайские летописцы яркое светило, появившееся на небосводе в 1054 году и вновь погасшее через несколько месяцев: в наше время за такими событиями утвердилось довольно нелепое название "сверхновые" звезды. Дело в том, что "сверхновые" в действительности являются умирающими объектами, вспыхивающими в предсмертных конвульсиях. Поэтому точнее было бы назвать их "сверхстарыми" звездами.
В отличие от бурных предсмертных мгновений, когда слабенькая звездочка вдруг становится ярчайшей звездой небосвода, процесс рождения звезд выглядит совсем не ярко. Только в последние годы, используя радио– и ин-, фракрасные телескопы, астрономы смогли частично понять процессы, происходящие в толще непрозрачных для света облаков межзвездного газа и пыли. Закрытый от излучения горячих; звезд пеленой межзвездной пыли, газ остывает почти до абсолютного нуля (-273°С), сжимается, уплотняется и разбивается силами гравитации на части – протозвезды. Долгое время температура протозвезды остается очень низкой, и состоит она в основном из молекул водорода и других химических элементов, способных излучать радиоволны. На этом этапе их уже могут изучать радиоастрономы.
Когда центральная часть протозвезды сжимается и достаточно сильно разогревается, молекулы разрушаются, их радиоизлучение пропадает, но горячая газопылевая оболочка протозвезды становится источником теплового излучения – на этом этапе основную информацию астрономы получают с помощью инфракрасных телескопов.
Впрочем, проследить все этапы эволюции какой-либо конкретной протозвезды никогда не удается, процесс формирования длится миллионы лет. Поэтому астрономы изучают в одних областях Галактики холодные газовые облака, в других областях – фрагментацию этих облаков на отдельные сгусткипротозвезды, в третьих – различные этапы сжатия протозвезд и их превращение в нормальные звезды. И лишь затем на основе собранных данных воссоздается полная картина рождения звезды.
Эпидемия в созвездии Ориона
Один из ближайших к нам очагов недавнего звездообразования находится в направлении созвездия Орион.
Туманность Ориона удалена от нас на расстояние в 1500 световых лет. Область, заполненная молодыми яркими звездами и нагретым их излучением горячим газом, расположилась на краю гигантского холодного облака, занимающего почти все созвездие. В глубине холодного облака не заметно признаков звездообразования, но, чем ближе к яркой Туманности Ориона, тем яснее они проявляются. Сначала становятся заметными небольшие газовые конденсации, о которых еще нельзя сказать наверняка, что они станут звездами:
в них идет борьба сил гравитации и газового давления – если победит гравитация, эти конденсации станут протозвездами, а затем и звездами. Но вблизи границы между холодным облаком и Туманностью Ориона ситуация уже более ясная: здесь, без сомнения, рождаются звезды. Об этом говорят обнаруженные там группы инфракрасных источников – молодые группировки звезд, не успевшие сбросить с себя пылевые оболочки, а также найденные радиоастрономами необычайно мощные источники излучения – мазеры.
Это небольшие газовые конденсации в окрестности молодых звезд, где радиоволны усиливаются примерно так же, как свет в наших лазерах.
В холодном газовом облаке процесс звездообразования развивается не хаотически, а как эпидемия: возникает на краю облака, а затем постепенно захватывает внутренние его части. Волна звездообразования как бы прокатывается по облаку, и там, где она прошла, начинают рождаться звезды.
Но какая причина вызывает эту волну?
Ускоритель звездообразования
Причин может быть несколько. Это и взаимные столкновения облаков, и встреча их со спиральными рукавами Галактики, и некоторые другие события, приводящие к уплотнению газа в облаках. Но, пожалуй, нам более интересен случай, когда волну звездообразования "запускает" внутрь облака взорвавшаяся рядом с ним умирающая звезда-сверхновая. Наблюдения показывают, что группировки молодых звезд часто бывают связаны с остатками вспышек сверхновых. Например, группа горячих звезд в созвездии Большого Пса находится на краю гигантской газовой оболочки – остатка сверхновой, вспыхнувшей около 500 тысяч лет назад.
Аналогичная ситуация наблюдается в созвездии Единорога-здесь сверхновая разрушила массивное облако и "заставила" часть его газа превратиться в звезды. Впрочем, вовсе не обязательно, чтобы рядом со сверхновой заранее существовало газовое облако.
Разлетаясь с большой скоростью, оболочка сверхновой, как бульдозер, сгребает впереди себя межзвездный газ, уплотняет его и превращает в облака, в которых тут же может начаться процесс звездообразования. Таким образом, смерть одних звезд стимулирует рождение других.
Конечно, и без сверхновых звезды в Галактике рождались бы. Но вспышка сверхновой как бы ускоряет все события: разреженный газ она нагревает и заставляет расширяться и становиться еще более разреженным, а плотные газовые облака уплотняет, делает непрозрачными, заставляет охлаждаться и быстро превращаться в звезды или целые звездные скопления.
Происхождение Солнечной системы
Итак, с одной стороны, эти вспышки "подстегивают" волну звездообразования и заставляют ее двигаться дальше, в глубь облака. Однако с другой – они становятся одной из главных причин разрушения звездных скоплений.
