Книга: 100 великих загадок астрономии

Те, кто приходят позже: «космические вампиры»

Те, кто приходят позже: «космические вампиры»

В шаровых скоплениях порой рождаются необычные звезды. Их называют Blue Stragglers, «голубыми страгглерами», или «голубыми отставшими звездами», поскольку они не вписываются в традиционную схему зарождения и эволюции звезд. Они являются, как шутят астрономы, звездными «каннибалами» или «вампирами».

Как известно, возраст всех звезд, составляющих шаровое скопление, одинаков. Но иногда здесь встречаются также очень массивные и горячие звезды, которые заметно моложе других. Их начали обнаруживать еще в 1950-е годы, но их происхождение долгое время таило загадку. «Такое ощущение, словно среди обитателей дома престарелых встречаешь нескольких заигравшихся детей. Так и хочется спросить, откуда они здесь взялись», – признавался астроном Франческо Ферраро из Болонского университета.

Вплоть до середины 2000-х годов об этих звездах было достоверно известно одно. Они не так молоды, как кажутся – просто каким-то образом умеют омолаживаться. К этому времени у астрономов имелись две гипотезы, объяснявшие их происхождение.

По одной версии, они возникали при слиянии двух звезд. Эта пара сближалась до тех пор, пока не начинала вращаться вокруг общего для них центра тяжести. Двигаясь по спирали, обе звезды устремлялись навстречу друг другу и, наконец, сливались в пламени космической вспышки. Впрочем, проходили тысячелетия, прежде чем в недрах этого конгломерата разгоралась термоядерная реакция. Вспыхивала новая звезда.

Процесс формирования «голубых вампиров»

По другой версии, «голубые страгглеры» появлялись на месте двойных звезд. Одна из звезд, составлявших пару, постепенно поглощала свою соседку. Чем больше она насыщалась ее «соками», тем ярче светилась, тем больше наливалась голубой краской, словно посиневший вампир. Теперь она, яркая, горячая, внешне почти не отличалась от молодой звезды.

Чтобы выяснить, какая из гипотез верна, канадский астроном Алисон Силлс и его коллеги исследовали 56 шаровых скоплений. Они выяснили, что количество «голубых отставших звезд» никак не связано с предполагаемым числом звездных коллизий. Зато эта величина прямо пропорциональна массе скопления. Это – наиболее убедительный аргумент в пользу того, что они возникли за счет «вампиризма» – перетекания вещества от одной звезды к другой.

Дело в том, что наиболее массивные ядра шаровых скоплений содержат особенно много двойных звезд, а в этих парах такое явление, как «звездный вампиризм», наблюдается чаше всего. Допустим, если двойную систему составляют звезды, очень сильно разнящиеся по своей массе, то их развитие протекает совершенно по-разному. В недрах более крупной звезды запасы водорода иссякают гораздо быстрее, и она превращается в красного гиганта. Когда она стремительно расширяется, то ее оболочка начинает перетекать к звезде, расположенной рядом. Со временем звезды в этой паре меняются ролями. От гиганта остается лишь небольшое ядро, которое обращается теперь вокруг второй, очень разросшейся звезды. Фактически возникает новая пара, состоящая из белого карлика и «голубой отставшей звезды».

Однако результаты исследования, проведенного Ферраро, свидетельствуют, что некоторые «голубые страгглеры» все же образуются иным путем – при лобовом столкновении двух звезд. Разумеется, эти «дорожные аварии» очень редки – даже в центре шарового скопления, где мельтешит множество звезд. Порой дело вовсе не доходит до столкновений. Звезды лишь сближаются друг с другом настолько, что оболочка одной звезды начнет перетекать к другой. В любом случае, после подобной коллизии запасы топлива, содержавшегося в недрах обеих звезд, перемешиваются, и термоядерная реакция вспыхивает с новой силой.

«Проделанные нами наблюдения показали, что голубые страгглеры, возникшие в результате подобных коллизий, по своим характеристикам несколько отличаются от “звезд-вампиров”, – поясняет астроном Европейского космического агентства Джакомо Беккари, – причем в одном и том же скоплении можно найти звезды, образовавшиеся и тем и другим способами».

Роберт Матье и Аарон Геллер из Висконсинского университета вели наблюдение за «голубыми отставшими звездами» в шаровом скоплении NGC 188, расположенном в нашей Галактике. Это одно из древнейших открытых звездных скоплений в Млечном Пути; оно насчитывает около 5000 звезд. Исследователи установили, что примерно 76 % страгглеров, обнаруженных здесь, являлись частью двойных звездных систем.

Особенно много интересных результатов принесло изучение шарового скопления 47 Тукана, находящегося на расстоянии 16 тысяч световых лет от Земли. Его масса составляет примерно миллион солнечных масс, а в поперечнике оно достигает 120 световых лет. Это не только одно из самых близких и массивных, но и одно из самых плотных шаровых скоплений, которые мы можем наблюдать на небе Южного полушария.

Если бы Земля пребывала в самом центре этого скопления, то ее окружали бы тысячи звезд, расположенных ближе, чем Проксима Центавра. Впрочем, шаровые скопления – не самое подходящее место для планет. Орбиты здешних планет очень нестабильны, поскольку соседние звезды постоянно вносят возмущения в их размеренный ход. По оценке астрономов, в таком скоплении, как 47 Тукана, планета, подобная Земле, то есть обращающаяся вокруг своей звезды на расстоянии одной астрономической единицы, могла бы продержаться лишь около 100 миллионов лет.

Понятно, что в такой «тесноте» неизбежны столкновения звезд. Даже если в центре шарового скопления звезды сталкиваются друг с другом раз в пару миллионов лет, то все равно за десять с лишним миллиардов лет, пока оно существует, произойдет несколько тысяч подобных катастроф. Это приводит к любопытному эффекту. Звезды «сортируются» по своей массе. Самые массивные перемещаются в центральную часть скопления, в то время как более легкие отбрасываются на периферию. Астрономы называют этот эффект «сегрегацией по массе». Он был предсказан давно, но наблюдать его довольно трудно. Ведь звезды в центральной части скопления располагаются необычайно близко друг к другу. Их разделяет не несколько световых лет, а лишь несколько световых недель. Поэтому оценить точно их физические характеристики, в частности, массу, долго не удавалось. Лишь благодаря телескопу «Хаббл», который отличается очень высокой разрешающей способностью, появилась возможность проследить за звездами, находящимися в центре скопления 47 Тукана.

Ферраро и его коллеги исследовали свыше 4000 звезд, расположенных на участке объемом в один кубический световой год. Почти каждая сотая оказалась принадлежащей к этому редкому классу звезд – к числу голубых страгглеров. Всего их здесь выявлено 43. Их масса примерно в два раза превышает массу обычных звезд, при этом они движутся заметно медленнее. «Они буквально “топчутся” в центральной части скопления», – отмечает американский астроном Джей Андерсон, работавший вместе с Ферраро. Кроме того, они отличаются от обычных звезд своей высокой температурой, поэтому и светятся голубым цветом.

Итак, теперь понятно, что обе гипотезы, предложенные астрономами, верны. Имеются два механизма формирования «голубых отставших звезд». Остается добавить, что эти звезды обнаруживают не только в шаровых скоплениях, но и в других областях космоса: в гало Млечного Пути, в галактическом балдже и карликовых галактиках. Однако в шаровых скоплениях вероятность их появления, разумеется, выше.