Книга: 100 великих загадок астрономии

Шаровые звездные скопления, «космические мафусаилы»

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.

До конца 1970-х годов ученые полагали, что эти скопления очень однообразны и что звезды распределены в них равномерно. Их считали статичными и стабильными объектами. Однако в последние два десятилетия наши представления о них решительно изменились. Наблюдения показали, что внутри шаровых скоплений протекают очень динамичные процессы. Звезды здесь нередко сталкиваются, а то и буквально «пожирают» друг друга. Ведь даже на периферии шарового скопления плотность их расположения в десятки раз выше, чем в окрестностях Солнечной системы; в центральной же части – в миллионы раз выше. Если бы там оказалась Земля, то на ее ночном небосводе пылало бы 10 тысяч таких же ярких звезд, как Сириус, причем часть их была бы видна даже в дневные часы. Все эти звезды находились бы ближе к нашей планете, нежели Проксима Центавра, ближайшая к Солнцу звезда (расстояние между ней и Солнцем составляет 4,3 световых года).

Обращаясь вокруг галактического центра, шаровые скопления испытывают приливные воздействия со стороны галактики – подобно тому, как их испытывает Луна, кружащая возле Земли. Жертвами этого становятся, прежде всего, звезды, расположенные на периферии скопления. Они покидают его.

Шаровое звездное скопление Omega Centauri

Так, наблюдая с помощью Очень большого телескопа, сооруженного на севере Чили, за шаровым скоплением М 12, которое находится на расстоянии 16 тысяч световых лет от Солнечной системы, астрономы убедились, что там гораздо меньше легких звезд, чем ожидалось. По-видимому, почти все пребывавшие на периферии небольшие звезды, чья масса составляла не более трети массы Солнца, покинули свою звездную систему и вошли в состав Млечного Пути. С похожим явлением исследователи столкнулись, наблюдая за шаровыми скоплениями NGC 6218 и NGC 2298 возрастом около 12 миллиардов лет. Впрочем, по оценке астрономов, пройдет еще 30 миллиардов лет, прежде чем эти объекты окончательно исчезнут.

Дело, кстати, не ограничивается похищением отдельных звезд. Под действием приливных сил шаровые скопления могут просто разорваться, как явствует из расчетов, проделанных еще в 1960-е годы. Наблюдения последних лет подтвердили эту гипотезу. Остатки подобных скоплений астрономы не раз обнаруживали в Млечном Пути. Всего же, по их оценке, в одной только нашей Галактике распалось от 350 до тысячи с лишним шаровых скоплений, когда-то входивших в ее состав.

Может статься, что многие шаровые скопления являются… «ненастоящими». Это – остатки карликовых галактик, поглощенных более крупными звездными системами. Во время подобных катастроф эти галактики лишались всех своих звезд, находившихся на периферии, а из их центральных областей формировались шаровые звездные скопления. В пользу этой гипотезы говорит то, что некоторые скопления очень неоднородны. Их звезды – в отличие от звезд, составляющих подлинные шаровые скопления, – заметно разнятся и по своему возрасту, и по химическому составу.

Один из самых известных тому примеров – шаровое скопление Omega Centauri, наиболее яркое и массивное скопление Млечного Пути, расположенное в созвездии Центавра (Кентавра). Оно состоит из двух популяций звезд, чего в обычных шаровых скоплениях не наблюдается. Примерно четверть звезд здесь окрашены в голубые тона, остальные – в красные. Вопреки ожиданиям ученых, эти голубые звезды содержат больше тяжелых элементов, чем красные. Это тоже неожиданность, ведь обычно звезды, обогащенные тяжелыми элементами, окрашены именно в красные цвета.

Астроном Джанпаоло Пиотто из Падуанского университета, объясняя эти странные наблюдения, предположил, что голубые звезды в этом шаровом скоплении, образовавшемся всего через один-два миллиарда лет после Большого взрыва, содержат в полтора раза больше гелия, чем красные. Расчеты показали, что в таком случае они должны состоять на 39 % из гелия. Поразительная концентрация – особенно если вспомнить, что сразу после Большого взрыва наша Вселенная содержала лишь 24 % гелия. К слову, в Млечном Пути за 8 с лишним миллиардов лет, прошедших от начала формирования этой галактики до появления Солнца, количество гелия, содержащегося в недрах звезд, тоже возросло, но не так значительно: с 24 до 28 %.

Сейчас Млечный Путь продолжает пополняться новыми шаровыми скоплениями, ведь он поглощает карликовую галактику Сагитариус, расположенную в созвездии Стрельца. Четыре шаровых скопления, принадлежавших Сагитариусу, уже перешли в состав нашей Галактики.

Очевидно, вследствие космического «каннибализма» появился и особый тип шаровых скоплений – громадные звездные системы, протянувшиеся на несколько сотен световых лет. Их плотность в 100 раз меньше, чем плотность обычных шаровых скоплений. Подобные объекты обнаружили в 2005 году в туманности Андромеды. Они располагаются в сферическом гало, окружающем соседнюю галактику, на расстоянии около 200 тысяч световых лет от ее центра. В принципе, они занимают промежуточное положение между шаровым скоплением и карликовой шаровидной галактикой. Ученые пока не могут объяснить, как образовались эти объекты. Непонятно также, почему подобных нет в составе нашей Галактики. И, спрашивается, можно ли найти такие скопления в других галактиках?

…Астрономы привыкли считать шаровые скопления очень скучными объектами. Более всего они напоминали им гвардейские части, выстроенные на парад: вот они, «солдаты Вселенной», все, как на подбор, одного возраста и роста, все в одинаковых мундирах, все оцепенело застыли. Кажется, сколько ни всматривайся в них, ничего необычного не увидишь. Вот и в шаровых скоплениях, как на строевом плацу, ничего неожиданного, казалось бы, не обнаружить. Несколько сотен тысяч звезд одного возраста, одного химического состава, кружат, как заведенные, по небосводу, и вот уже миллиарды лет этот космический механизм не дает никаких сбоев. Все повторяется, повторяется. Однако наблюдения последних лет показывают, что эти расхожие представления ошибочны. Стандартную теорию возникновения шаровых скоплений, похоже, придется пересмотреть.