Зірки такими, якими ми їх не бачимо

Я знаю, що величезну частку аудиторії цього ресурсу складають фахівці в різних областях науки.
Але я також знаю, що його відвідує безліч людей, які просто цікавляться природними явищами (я відношу себе до такого типу), що не применшує їх бажання пізнавати Всесвіт настільки, наскільки дозволяють фантазія і терпіння!

Тому дана стаття має на меті розважити і, можливо, підштовхнути когось до більш глибокого вивчення питання, а також, просто, представити нове бачення і уявлення начебто звичних речах.

Отже, про зірки

Те, що людина може побачити в небі, навіть близько не схоже на те, що там насправді відбувається. Те, що відкривається нашим очам, – це дуже зменшене минуле нашого Всесвіту. Тому, коли мова заходить про зірки, у людини зазвичай або виникає зображення яскравих точок на небі, або щось дуже схоже на наше Сонце, що ширяє в глибинах космосу.

Насправді, більшість зірок - це ці «нудні» газоподібні, яскраво світяться кулі. Але є щось неймовірне на просторах космосу! Хоча нам це здається такою ж маленькою і тьмяною точкою на небі.

Я не буду науково описувати тут еволюцію зірок або діаграму Герцшпрунга-Рассела. Я хочу показати, наскільки різноманітним є поняття «зірка» і як це різноманіття не корелює з тим, що ми вкладаємо в цей термін від дитинства (а деяких, як і я, до більш пізніх часів).

Коричневий карликовий

Наприклад, ось вам зірка - Gliese 229B. Коричневий карлик.


Це прямо протилежне значенню самого слова - «зірка» - блиск, сяйво.
Юпітер дуже схожий на цю зірку, і по суті, мало чим відрізняється від неї. Деякі різновиди коричневих карликів називають гарячими Юпітерами. Але відмінності все ж є. Хоча радіус цих зірок можна порівняти з радіусом планет-гігантів, вони, як правило, в десятки разів масивніші, а також випромінюють інфрачервоне та рентгенівське випромінювання.

Пролетівши поруч з такою зіркою, ми побачимо її схожою на своєрідний нічник. Ні корони, ні яскравого світіння, ні примружених очей і так далі. Уявіть, що ви дивитеся на Сонце через зварювальний шолом. Планета з розпеченою лавою, що світиться червонуватим кольором, – ось як ця зірка виглядала б для наших очей. І це в кращому випадку.

Ультракруті коричневі карлики зовсім не блищать!
Перебуваючи поблизу, ми, швидше за все, побачили б просто темну кулю, що закриває зоряне небо. І якби відстань від нас до зірки була такою ж, як від Землі до Сонця, ми, швидше за все, взагалі не знали б, що пролітаємо повз зірку! Будь-яка планета зазвичай освітлюється зіркою, розташованою в центрі її орбіти, але ультрахолодні коричневі карлики є, тому підсвічувати їх нікому.

Цікаво й те, що навколо коричневих карликів можливі і планетні системи! Вчені з'ясували, що часто ці вже слабкі зірки оточені диском пилу, схожим на той, з якого утворилася наша Сонячна система.

Сумно, що ми не можемо побачити на небі жодного коричневого карлика неозброєним оком. Навіть у горах і в найкращу погоду для спостережень.

Зоряні системи

Нам пощастить, якщо наш карлик буде частиною системи зірок. Зоряна система — це дві або більше зірок, пов'язаних між собою гравітаційними силами.
Ось, наприклад, як телескопи бачать подвійну систему, частиною якої є вищезгадана Gliese 229B (маленька куля праворуч).


У такій системі ультрахолодний коричневий карлик виглядав би дуже схожим на якусь газову планету-гіганта, що обертається навколо «нормальної» зірки.
Виявляється, система зірок - не таке вже й рідкісне явище. І це ще один дивовижний факт. Деякі з зірок, які ми бачимо, насправді є величезними зоряними скупченнями, які здаються нам однією яскравою зіркою через їх величезну відстань. А деякі не такі вже й величезні, так звані множинні зірки. Зупинимося на кожній із систем докладніше.

Візьміть будь-які дві зірки на небі, які здаються близькими один до одного. Насправді майже всі вони знаходяться далеко один від одного «вглиб» в космос. Майже всі. Є винятки.


Наприклад, на небі нашим оком добре видно Плеяди. Це зоряне скупчення, в якому зірки насправді знаходяться "близько" одна до одної. Я написав "близько" в лапках, тому що відстань між ними обчислюється світловими роками. Радіус скупчення становить близько 12 світлових років. Для порівняння, якби наша Сонячна система розташовувалася приблизно в центрі Плеяд, то крайня зірка скупчення була б у півтора рази далі, ніж найближча Альфа Центавра.
У гарну погоду і далеко від міст можна розрізнити 10-14 найяскравіших представників цього скупчення, але насправді їх близько 1000! Небо на планеті всередині Плеяд виглядало б просто чарівно! Гроно складається в основному з яскраво-синіх велетнів. Вони прикрасили б небо красивими блакитно-білими вогнями, але, на жаль, не допустили б зародження життя, схожого на наше, через руйнівного випромінювання, яке проникає буквально в весь регіон цієї зоряної системи.

У скупченнях зірки зазвичай не мають чіткого центру мас. Але є системи, подібні до тієї, що згадана вище, що складаються з кратних числу зірок, які знаходяться дуже близько один до одного, навіть за мірками нашої Сонячної системи, і обертаються навколо загального центру мас. Їх називають множинними системами зірок, або просто кратними зірками.
Хорошим прикладом є система Мізар-Алькор в сузір'ї Великої Ведмедиці.


Подивіться на Велику Ведмедицю, навіть біля міста можна помітити, що друга зірка ведмедиці (Мізар) в сузір'ї насправді складається з двох зірок, інша, менша, це Алькор. Вона насправді була фізично близька до свого сусіда, як нам здається - на відстані чверті світлового року. Але ще цікавіше те, що ми бачимо дві зірки, а їх в цій системі шість!
І такі множинні зірки, як виявилося, не рідкість. Велика кількість зірок, які ми бачимо на небі і вважаємо одиночними зірками, насправді є подвійними, потрійними, четверними, п'ятикратними тощо! Чому ми цього не помічаємо? Тому що, як правило, або «вторинні» зірки занадто тьмяні на тлі «первинних», які в рази яскравіші, або відстань між ними настільки мала, що нашим очам просто не вистачає роздільної здатності, щоб розділити своїх сусідів на окремі об'єкти на великій відстані.

У таких системах найчастіше найцікавіше те, що сусідами можуть бути самі різні типи зірок!
Сіріус, найяскравіша зірка на небі, насправді є подвійною зорною системою.


Головна зірка дуже звичайна і нічим не примітна. Вона лише в 1,7 рази більша за наше Сонце. Тільки світить вона в 22 рази яскравіше і в більш біло-блакитному світлі, на відміну від нашого світила. Його компаньйон, Сіріус Б, є білим карликом. Його радіус приблизно дорівнює радіусу нашої Землі, а маса приблизно дорівнює масі нашого Сонця!

Надщільні зірки

Білий карлик — це маленька тьмяна зірка, яка раніше була ядром червоного гіганта. Утворення таких зірок, не вдаючись у складні подробиці, можна пояснити перемогою гравітації. Припинення внутрішніх термоядерних реакцій у червоного гіганта призводить до осипання його оболонки і неймовірно сильного стиснення ядра. Матерія зірки настільки щільно укладена в невеликий обсяг, що 1 кубічний сантиметр її речовини важив би на Землі 10 тонн! Незважаючи на, здавалося б, нудний вид (пролітаючи поруч, ми б побачили білу, яскраво світиться кулю, розміром з планету), красу білих карликів в їх оточенні. Нерідко потужний вибух відриває речовину від поверхні червоного гіганта і з величезною швидкістю несе її в навколишній космос. Утворилася хмара, яку ми знаємо як туманність, радує наше око всіма кольорами хімічних елементів, які колись утворилися в надрах мертвої зірки.




На другому зображенні видно туманність NGC 3132. Тут головна зірка не є білим карликом (вона трохи менша і трохи вища), але саме головна зірка змусила первинну зірку викинути речовину. Уявіть, яку красу ми могли спостерігати, перебуваючи всередині цієї туманності — на орбіті цієї подвійної зорі. Нам довелося б озброїти очі, щоб побачити щось більше, ніж звичайне небо із зірками. Така красива туманність виглядає тільки здалеку. З великої відстані хмара здається щільною, але насправді матерія сильно розсіяна, і зблизька, швидше за все, нічим не відрізняється від нашого нічного неба. Однак, якщо ми поставимо камеру на тривалу витримку на гіпотетичну планету поруч із центральною зіркою, ми побачимо фантастично красиве небо – різнокольорову туманність, що покриває весь небосхил усіма своїми смужками!
Згадайте красиві кольорові фотографії Чумацького Шляху. Вони виготовляються з великою витримкою. Наші очі нічого подібного не бачать.


При своїх невеликих розмірах білий карлик, завдяки своїй величезній масі, має значний гравітаційний вплив на навколишнє середовище. Ось, наприклад, фото, де хоч і не видно самого гнома, але його вплив добре видно.


Тут сфера праворуч – це гігантська зірка, матерію якої нещадно пожирає білий карлик зліва. В процесі речовина перетікає від одного сусіда до іншого, кружляючи навколо масивної (хоч і крихітної в порівнянні з жертвою) зірки і поступово осідаючи на її поверхні. Утворюється акреційний диск, що є дуже красивим явищем з точки зору спостереження. Уявіть собі кільця Сатурна, які світяться, як Сонце. Тільки ці кільця набагато більші, закручені по спіралі і один з кінців кілець йде прямо в тіло зірки, утворюючи на її поверхні подовження у вигляді гігантської хвилі! А на нашому небі ми можемо спостерігати звичайну точку світла.

Перейдемо до брата білого карлика — нейтронної зорі.
Коли червоний велетень прощається з життям, у нього з'являється шанс народити щось щільніше, ніж білий карлик. Якщо маса зірки перевищує межу Чандрасекара, то з ядра гіганта утворюється нейтронна зірка. Його маса поки що порівнянна з масою Сонця, але розміри його досить дивовижні - радіус нейтронних зірок становить всього 10-20 кілометрів! Завдяки швидкому зменшенню розмірів, немов фігурист, що крутиться, підтягуючи руки до тіла, ці зірки обертаються з неймовірною швидкістю! Багато нейтронних зірок обертаються зі швидкістю до 1000 обертів в секунду. Це приблизно в 10 разів швидше, ніж колінчастий вал автомобіля на максимальних обертах!
Цікаво, що через гравітаційні спотворення, якби ми могли бачити неоднорідність поверхні нейтронної зірки, ми б бачили більше половини диска.


Нейтронні зорі також входять до складу багатьох систем і утворюють акреційні диски.
Говорячи про акреційні диски, варто також відзначити систему Cygnus X-1. Хоча, на думку вчених, там є чорна діра. По суті, ця система є першим з кандидатів на створення чорних дір. Справа в тому, що Cygnus X-1 випромінює сильне рентгенівське випромінювання, і це перша ознака наявності чорної діри та акреційного диска навколо неї, утвореного донором, що знаходиться неподалік блакитним надгігантом.
Я не раджу вам підлітати близько до таких систем, потужне випромінювання вб'є все живе на вашому космічному кораблі задовго до того, як ви підійдете досить близько, щоб відрізнити акреційний диск від відблисків гіганта.
Акреційний диск у фільмі "Інтерстеллар" показаний дуже красиво. Але, на жаль, не обійшлося без жертви.

Чорні діри насправді не є зірками, і вони, напевно, заслуговують на окрему статтю, яких в інтернеті величезна кількість.

Планетні системи

Наостанок хотілося б поговорити про зірки з планетними системами. Відкриття екзопланет відбулося відносно недавно, але кількість вже знайдених планет і кандидатів вражає! Тільки за останній рік було відкрито трохи менше тисячі екзопланет!
Пам'ятаєте, коли ви дивилися на небо 10-15 років тому, чи могли ви подумати, що мільярди планет обертаються навколо зірок, які ви бачите? (Судячи зі статті у Вікіпедії, в Чумацькому Шляху налічується близько 100 мільярдів планет.)
Як виглядають планетні системи – можемо зрозуміти з власного досвіду – досить нудно, якщо ви не перебуваєте поруч з жодною з планет.
Але якщо планети тільки формуються, видовище стає набагато цікавіше! Пил і газ збираються навколо спільного центру, хмари, що світиться, утворюючи дископодібну туманність, освітлену зсередини. Зірка в центрі ще не має чітких меж, а більш щільна хмара навколо неї не дозволяє її розгледіти. Скупчення, які в майбутньому можуть стати планетами, відкидають навіть тіні, які йдуть до країв диска.
Швидше за все, озброювати око тут не потрібно - площинність і освітленість матерії дозволить спостерігати за народженням нової Зоряної системи у всій її красі.

Висновок

Дивно, як багато наші предки вклали в поняття зірки, і як багато в нього додалося за минулі століття! Залишається тільки чекати, коли людство зможе вільно вивчати небесні тіла, наближаючись до них безпосередньо, щоб особисто підтвердити відкриті на кінчику пера теорії. Якими ще красивими фотографіями заповнять наукові статті? Яким буде світ зірок для нас у майбутньому?..

П.С.
Я навмисно не виклав сюди численні картини зірок в уяві художників. Тільки фотографії та схеми. Я десь чув, що найкраща відеокарта у світі – це наша уява!

Джерело: geektimes.ru/post/242578/