Рождение звезд и планет.

Статьи и очерки

Солнце с планетами сгустились из межзвезного газа и пыли около 4.5 миллиардов лет назад. Вселенная в то время была примерно на треть моложе нынешней и не так уж сильно изменилась с тех пор. В наше время тоже рождаются звезды, многие из них вместе со своими планетными системами. Важно понять, как это происходит — тогда мы сможем сказать, как часто встречаются комфортабельные для жизни планеты типа Земли. Это одно из неизвестных в задаче, волнующей почти всех — насколько мы одиноки в пространсте.

Газ и пыль распределены в галактике неравномерно, облаками — есть облака, где плотность рассеянной материи в сотни и тысячи раз выше средней. Там и рождаются новые звезды, причем рождаются выводками, почти одновременно по галактическому масштабу времени — за считаные миллионы лет или даже сотни тысяч лет.

Такой инкубатор звезд, или газово пылевой комплекс, может выглядеть весьма эффектно, если в нем уже загорелись яркие звезды, но осталось много газа и пыли.

Cамый знаменитый пример газово-пылевого комплекса: туманность Ориона, расстояние полторы тысячи световых лет. На снимке 1 — общий план: ширина поля зрения 2.5 световых года. Для “Хаббла” поле слишком широкое — панорама является мозаикой множества снимков. Цвета кадра близки к естественным, такой мы бы видели туманность на небе, если бы жили в 200 раз ближе.

Рис. 1
Рис. 2

В центре — группа свежеиспеченных очень ярких звезд, создающих подсветку. Их возраст всего 300 тысяч лет. Среди молодых звезд доминирует черверка, называемая “Трапецией” (справа в центре). Процесс рождения продолжается. Материала для новых звезд еще много — это плотные бурые облака. Голубая дымка поверх бурых облаков — продукт их испарения: горячий ионизованный газ. Из него звезды конденсироваться уже не могут.

Следующий снимок — часть панорамы с большим увеличением. Очень важная деталь снимка — бурые овальные пузырьки. Это — коконы пыли и газа в которых растут эмбрионы звезд. Родившаяся горячая звезда быстро испаряет кокон и таким образом вылупляется на свет. Но у многих звезд остается более плотный пылевой диск из которого образуются планеты. Таких протопланетных дисков на снимках туманности Ориона насчитано полторы сотни.

На рис. 2, кроме звездных коконов виден другой феномен — нечто вроде фонтана, бьющего из туманности вверх влево. Это и есть фонтан — струя вещества, испускаемая невидимой на снимке протозвездой вдоль оси своего вращения. Механизм испрускания подобных струй связан с протопланетными дисками. Струи, или джеты (что в переводе с английского как раз и значит струи, но в российской астрофизике устоялся этот международный термин) - довольно распространенное явление во вселенной, существующее на масштабах, отличающихся в десятки миллионов раз. Джеты рассмотрены в специальном разделе, а сейчас рассмотрим протопланетные диски.

На снимке 3 показаны четыре из них. В центре каждого сквозь пыль уже проглядывает звезда. Газово-пылевые диски выглядят темными на фоне светящегося газа туманности. Размеры дисков - от двух до семи диаметров Солнечной системы. Возраст — около миллиона лет. Мы видим их под разными углами, поэтому у них разная вытянутость.

Рис. 3
Рис. 4

На снимке 4 такой же диск, видимый с ребра. Слева он снят в видимом свете, от звезды видно лишь зарево над диском. Справа тот же снимок в инфракрасных лучах, света от звезды доходит больше. Диски — такое же типичное образование в астрофизике, как шары (звезды, планеты). Причина проста — вещество может крутиться вокруг центра притяжения не сталкиваясь, только если оно соберется в диск. Если частицы роятся вокгуг центра сферическим облаком, их орбиты будут пересекаться, частицы сталкиваться и терять относительную энергию, пока облако не сплющится в диск.

Происхождение планет всегда было менее ясным вопросом, чем происхождение звезд. Проблема долго оставалась чисто теоретической, поскольку ни сами планетные системы, ни процесс их образования наблюдать не могли. В прошлом и в начале нынешнего веков основной спор шел между двумя концепциями. Первая: планеты образовались из звездного вещества при катастрофическом сближении двух звезд. Вероятность такого события ничтожна, значит и число планетных систем должно быть ничтожным. Вторая гипотеза: планеты образовались вместе со звездой из межзвездного материала, и это закономерный процесс. Тогда планеты должны быть у многих, возможно у большинства звезд.

Постепенно победила вторая гипотеза. Уже в середине нашего века она стала общепризнаной и обросла конкретными деталями. Получился следующий сценарий: сначала образуется протопланетный диск, в нем выравниваются скорости, мелкие частицы начинают слипаться во все более крупные комья, образуются зародыши планет, которые с помощью своего тяготения начинают быстро расти, пока не собреут на себя весь материал.

И вот мы видим воочию протопланетные диски у множества новорожденных звезд. Эти диски еще толстые, плохо сформированные. Образование планетной системы занимает куда больше времени, чем образование звезды — сотни миллионов лет.

Космический телескоп снял и старый протопланетный диск, благо таковой найден в относительной близости к Солнцу.

Рис. 5

На снимке 5 край диска вокруг звезды, похожей на Солнце — Бета Пикториус на расстоянии 50 световых лет от нас. Диск виден с ребра, он уже довольно тонкий и есть косвенные данные, говорящие за то, что в нем уже сформировались крупные планеты. Возраст системы порядка сотни миллионов лет. Снимок сделан в видимом свете, сама звезда закрыта. Вначале диск был обнаружен в инфракрасном свете, где он меньше затмевается звездой. Бета Пикториус — звезда южного полушария. Но подобный пылевой диск есть и у Веги, украшающей зенит нашего неба. На рис 6 (9903) приведены более новые снимки двух пылевых дисков. Кольцевой зазор в одном случае и кольцевое уплотнение в другом косвенно свидетельствуют о крупных планетах.

Рис. 6 a
Рис.6 a Рис. 6 b
Рис.6 b

Увидеть сами планеты очень трудно даже у ближайших звезд. Планета безнадежно тонет в свете звезды — она в миллиард раз слабее. Но планеты ищут и даже находят косвенными методами (по допплеровскому периодическому смещению спектральных линий звезды). За последние три года нашли десятки планет у звезд, типа Солнца, хотя эти планеты по массе близки или больше Юпитера — меньшие трудно обнаружить. Итак, будучи не в состоянии увидеть планеты у других звезд, мы все-таки можем быть уверены, что планетных систем очень много и что они разнообразны.

Рис. 7 a
Рис.7 a Рис. 7 b
Рис.7 b Рис. 7 c
Рис.7 c

На снимках 7a, b и c пожалуй самый эффектный внутригалактический пейзаж из галлереи "Хаббла". Это снова инкубатор звезд, аналогичный туманности Ориона. Самый левый и самый большой столб — около светового года высотой. облака находится на расстоянии 7 тыс. световых лет от нас. Место — туманность "Орел", на снимке лишь маленькая деталь этой туманности.

Уплотнения на концах шипов — не что иное, как коконы звезд, которые мы уже видели в туманности Ориона. Из них вскоре вылупятся звезды. Новорожденная звезда испаряет пылевую “скорлупу” и появляется на свет. Звезды рождаются и внутри облаков, вероятно они там уже есть и если эти звезды достаточно яркие и горячие — они в конце концов испарят большие облака изнутри.

На снимке 8 более далекий и грандиозный пейзаж — туманность 30 Золотой рыбы (Тарантул). Расстояние — 160 тысяч световых лет. Это — уже соседняя галактика — Большое Магелланово облако. Ширина поля зрения — десятки световых лет (ширина одного квадрата мозаики — 15.5 св. лет).

Рис. 8

На первых снимках были просто газово пылевые комплексы с подсветкой нескольких ярких звезд, здесь — ГИГАНТСКИЙ газово-пылевой комплекс с подсветкой роя СОТЕН ярчайших звезд - скопления R136, ярчайшего из молодых скоплений. Если перенести это на место туманности Ориона, было бы великолепное зрелище! Его звезды возникли почти одновременно из одного плотного облака, по космическим меркам недавно: порядка миллиона лет назад или даже меньше. Поскольку основу R136 составляют очень яркие массивные звезды, быстро прожигающие свое топливо, этот рой скоро, примерно через миллион лет сильно потускнеет.

Слева — огромное облако с шипами, ощетинившеся в сторону скопления R136 (один из шипов напоминает указательный палец, направленный на R136). На снимке 9 показана часть облака в видимом и инфракрасном свете. Прекрасно видны разные этапы формирования скоплений и одиночных звезд. Конкретные объекты, показанные стрелками прокомментированы на странице 9933.

Рис. 9

На рис 10 (0001) — еще более крупный масштаб бурного звездообразования - сравнительно близкая галактика NGC 4214 (расстояние 13 миллионов световых лет).

Рис. 10

На снимке можно видеть разные этапы эволюции звездных скоплений.

NGC4214 содержит множество слабых звезд, которые покрывают большую часть снимка (этим звездам миллиарды лет), но в картине доминируют облака светящегося газа, окружающего молодые яркие скопления.

Внизу справа находятся самые молодые из этих скоплений, они еще окутаны плотными облаками газа и пыли. Каждое облако флуоресцирует из-за интенсивного ультрафиолета от погруженных в него звезд. Последние возникли в облаках благодаря гравитационному сжатию газа.

Но звезды недолго остаются укутанными. Они испускают звездный ветер, имеющий скорость тысячи километров в секунду. Ветер и излучение меняют окружающую среду (фактически это является фазовым переходом, подробнее это рассмотрено в разделе “Туманности”) и "выдувают" пузыри горячего ионизированного газа в холодной межзвездной среде (см. 0004). За миллионы лет пузыри увеличиваются, а находящиеся в них звезды стареют.

Слева вниз от самых молодых скоплений видно более старое, вокруг которого пузырь раздулся до такой стадии, что стал явно виден на снимке.

Самая яркая деталь лежит вблизи центра NGC 4214. Этот объект является скоплением сотен массивных голубых звезд, каждая из которых более чем в 10 000 раз ярче Солнца. Огромный пузырь в форме сердечка, выдутый суммарным ветром и излучением, окружает скопление. Расширение пузыря усиливается по мере того, как самые массивные звезды внутри него оканчивают свой век, взрываясь сверхновыми.

В центральном пузыре NGC 4214 новые звезды образовываться уже не могут, так как плотные облака там рассеяны, и горячий газ плохо сжимается. Яркие звезды будут взрываться и исчезать. В других же местах газ будет сжиматься и образовывать новые поколения звезд, даже когда скопления, видимые на снимке, потускнеют.

Круговорот вещества продолжается. Звезды умирают тем или иным образом (см. раздел “смерть звезд”) но при этом они возвращают часть своего вещества в пространство. Этот материал (более разнообразный по своему химическому составу) идет на образование новых звездных систем. Однако, часть вещества все-таки выбывает из круговорота материал белых карликов, обычных карликовых звезд, нейтронных звезд и, конечно, черных дыр уже никогда не вернется в пространство.

Темп звездообразования постепенно снижается, за 8 - 9 милиардов лет он упал почти на порядок. И хотя новые звезды будут образовываться еще десятки миллардов лет, Вселенная в ее нынешнем виде не вечна, как и все в ней.

Б.Штерн

На главную страницу