Большое космическое путешествие - Дж. Ричард Готт

Млечный Путь напоминает живую экосистему, в которой рождаются и умирают звезды. Каждое поколение звезд наполняет межзвездную среду веществом, которое затем идет на образование звезд следующего поколения. Тяжелые элементы – это сырье для образования планет, на которых может возникать жизнь. Когда осознаешь, что львиная доля того вещества, из которого мы состоим, а также все, что нас окружает, – это плоды звездных термоядерных реакций, – одновременно ощущаешь и смирение, и трепет.

Я упоминал, что элементы тяжелее железа могут, в частности, образовываться при столкновении двух нейтронных звезд в тесной звездной системе. Рассел Халс и Джо Тейлор открыли две нейтронные звезды, масса каждой из которых составляла примерно 1,4 солнечной. Полный оборот друг вокруг друга эти звезды совершали за 7,75 часа. Диаметр их орбит равен примерно трем световым секундам, что чуть меньше диаметра Солнца. Две нейтронные звезды медленно сливаются друг с другом из-за излучения гравитационных волн, – такой эффект был спрогнозирован в рамках общей теории относительности Эйнштейна. Действительно, измерения Халса и Тейлора так красиво согласовывались с прогнозом общей теории относительности, что ученые даже были удостоены за это открытие Нобелевской премии по физике за 1993 год. Две нейтронные звезды так и продолжат двигаться по этой фатальной спирали, пока, наконец, не столкнутся и не сольются в единое целое. Это произойдет примерно через 300 миллионов лет. Энрико Рамирес-Руис из Калифорнийского университета в городе Санта-Крус оценил, что при таком столкновении может образоваться столько золота, сколько весит Юпитер. Только вообразите: атомы золота в моем обручальном кольце могли образоваться при столкновении двух нейтронных звезд миллиарды лет назад!

Автор: Майкл Стросс

Большинство звезд, видимых невооруженным глазом, удалены от нас на десятки, сотни или тысячи световых лет. Ранее, пока мы были не в состоянии рассмотреть в телескоп более далекие объекты и понять их природу, эти звезды оставались той частью Вселенной, которая была нам открыта. История астрономии – это история все более полного осознания, насколько же в самом деле велика Вселенная.

Во времена Коперника Вселенная состояла из Солнечной системы, окруженнй далекими звездами, о которых почти ничего не было известно. Галилео Галилей, первым направивший телескоп в небеса, увидел, что свет Млечного Пути – это свет бесчисленных (на самом деле – миллиардов) отдельных звезд. Астрономы вскоре поняли, что концепция Вселенной должна быть гораздо шире, чем им казалось ранее.

В 1785 году Уильям Гершель (тот самый, кто открыл Уран) подсчитал, сколько звезд можно увидеть в телескоп в различных направлениях, и составил карту галактики Млечный Путь. Он рассуждал, что количество звезд, заметных в том или ином направлении, позволяет судить, насколько простирается Млечный Путь в эту сторону. По результатам наблюдений он пришел к выводу, что Млечный Путь напоминает по форме сплюснутую линзу, и мы находимся близ его центра. В 1922 году голландский астроном Якобус Каптейн подробнее исследовал Млечный Путь. Удивительно, что именно Нидерланды, где все время облачно, дали миру столько выдающихся астрономов! Каптейн, как и Гершель, старательно подсчитал количество звезд в различных направлениях, но он использовал очень четкие астрофотографии, на которых были запечатлены разные участки неба.

Разумеется, это непростое дело. Вспомните отношение по закону обратных квадратов B = L/(4πd2) между яркостью (B), светимостью (L) звезды и расстоянием (d) до этой звезды. Видя яркую звезду, мы априори не знаем, что это: далекая звезда с очень высокой светимостью либо более тусклая звезда, расположенная поближе. Каптейн выполнил основную часть своей работы еще до того, как Герцшпрунг и Расселл показали, как по цвету звезды главной последовательности можно судить о светимости этой звезды (см. главу 7). Каптейн сделал максимум возможного и, после многолетних тщательных измерений, получил модель Вселенной примерно как у Гершеля: это была линза диаметром 40 000 световых лет, причем Солнце находилось всего в 2000 световых годах от центра.

До Коперника считалось, что Земля – центр Вселенной. После Коперника известная Вселенная изменилась, и в ее центре оказалось Солнце. В течение следующих веков астрономы стали понимать, что Солнце – просто звезда, как и прочие звезды на ночном небе, но Каптейн все-таки располагал Солнце примерно в центре среди остальных звезд. Однако уже во времена работы Каптейна ученые начали догадываться, как пыль в межзвездной среде влияет на видимую яркость звезд (см. главу 11). Если не учитывать «затмевающий» эффект такой пыли, то мы неверно представляем распределение звезд. Например, в каком-то регионе неба много пыли, и там просматривается мало звезд. Если пыль настолько плотная, что звезд за ней вообще не видно, то можно ошибочно подумать, что в распределении звезд возник «провал». Когда астрономы стали понимать, что пыль буквально повсюду рассеяна по Млечному Пути, они осознали, что каптейновская картина Вселенной ошибочна.

Гарвардский профессор Харлоу Шепли действовал иначе. По Млечному Пути рассредоточено около 150 шаровых скоплений – это кластеры, в каждом из которых около миллиона звезд. Шаровые скопления красивы – см., например, снимок М13 на рис. 7.3. В 1918 году Харлоу Шепли смог оценить расстояние до шаровых скоплений и, соответственно, построить их карту в трех измерениях. Учитывая, что эти скопления входят в состав Млечного Пути, можно было предположить, что они будут более или менее тяготеть к центру звездной карты, которую пытался составить Каптейн, то есть окажутся в той или иной степени центрированы вокруг Солнца. Но открытие Шепли изменило наши представления о Вселенной: оказалось, что центр распределения шаровых скоплений (по современным данным) находится в 25 000 световых лет от Солнца. Солнце явно далеко от центра. Работа Шепли (связанная с расположением шаровых скоплений) показала, что Солнце находится не в центре известной Вселенной (в представлении Шепли Вселенная равнялась Млечному Пути), а скорее на окраине, а сам Млечный Путь был в несколько раз крупнее, чем полагал Каптейн. Из-за всей этой пыли Каптейн кардинально ошибся. Оказалось, что космическая пыль в Млечном Пути преимущественно сконцентрирована в центральном диске, или галактической плоскости, тогда как большинство шаровых скоплений лежит выше или ниже этого диска. Поскольку шаровые скопления лежат вне галактической плоскости, вся эта пыль значительно меньше повлияла на анализ Шепли, чем на работу Каптейна. Фактически Шепли повторил подвиг Коперника, продемонстрировав, что Солнце находится не в центре Млечного Пути и не в центре наблюдаемой нами Вселенной.

Таковы были пределы Вселенной в представлении Шепли – около 100 лет назад. Вселенная представляла собой сплюснутую структуру (Млечный Путь) диаметром около 100 000 световых лет, причем центр Вселенной находился примерно в 25 000 световых лет от Солнца. Это огромные масштабы: один световой год равен 10 триллионам километров, так что расстояние в 100 000 световых лет непостижимо велико. Но важнейшие открытия 1920-х годов, о которых пойдет речь в главе 13, показали, что Вселенная на много порядков крупнее нашей колоссальной галактики Млечный Путь.