#Космос

Это произошло 14 июня 2015 года. Международная сеть автоматических роботизированных телескопов ASAS-SN, предназначенная для непрерывного мониторинга всей видимой небесной сферы, зафиксировала в созвездии Индейца вспышку чудовищной яркости.

Нечто, получившее обозначение ASASSN-15lh, вспыхнуло так ярко, что с лихвой затмило свою родительскую галактику — целиком, с миллиардами звезд. При подсчете были получены невообразимые цифры: в пике светимость превосходила светимость нашего Солнца примерно в 570 миллиардов раз. Для сравнения: светимость Млечного Пути превосходит солнечную "всего" в 20 миллиардов раз.

В январе 2016 года команда ученых, которую возглавил профессор Субо Донг из Института астрономии и астрофизики имени Кавли при Пекинском университете, опубликовала в журнале Science исследование, в котором событие ASASSN-15lh было названо "самой яркой сверхновой в истории наблюдений". Однако вскоре начались сомнения, и уже через несколько месяцев было опубликовано несколько исследований, опровергающих вывод команды Донга.

Но обо всем по порядку.

Дешевая, но эффективная система

ASAS-SN — это сеть небольших роботизированных телескопов с диаметром зеркал всего 14 сантиметров, расположенных в разных точках Земли. Их задача проста и грандиозна одновременно: каждую ночь сканировать все доступное небо в поисках малейших изменений яркости. Сверхновые, вспышки в ядрах галактик, переменные звезды — любое событие, нарушающее привычный покой ночного неба.

Система работает автоматически. Камеры снимают один и тот же участок неба несколько раз за ночь, а алгоритмы сравнивают кадры в поисках новых ярких точек. Если изменения выявлены, то астрономы тут же получают уведомление и начинают наблюдения с помощью больших наземных и космических телескопов, доступных в тот момент. Именно так нашли ASASSN-15lh: на снимках участка неба появилась яркая точка там, где раньше была лишь едва заметная тусклая галактика, удаленная примерно на 3,8 миллиарда световых лет от нас.

Почему решили, что это сверхновая

Изначально все указывало на сверхяркую сверхновую типа SLSN-I — очень редкий класс взрывов массивных звезд, светимость которых в десятки раз ярче обычных сверхновых. Событие ASASSN-15lh демонстрировало запредельную светимость, спектр без водорода, плавный рост яркости, который достиг пика примерно через 30 дней, а затем начал медленно угасать. Все это в общем-то ничем не отличалось от поведения известных сверхярких сверхновых. Вот только мощность была несоизмеримо больше.

И эту аномалию команда Донга связала с тем, что в центре взрыва родился магнетар — быстро вращающаяся нейтронная звезда с невероятно сильным магнитным полем. Вращаясь, магнетар теряет энергию и подсвечивает выброшенную взрывом оболочку изнутри, подобно гигантской космической лампочке внутри расширяющегося газопылевого облака. Этот механизм объяснял и долгое свечение, и невероятную яркость. Но ученые признали, что это, по сути, костыль. Гипотеза звучала складно, однако реальные концы с концами в ней не сходились.

Фундамент гипотезы дал трещины

Сверхяркие сверхновые достигают пика и за несколько недель-месяцев стремительно тускнеют. Событие ASASSN-15lh падало в яркости гораздо медленнее и даже на какое-то время зависло на максимальном уровне светимости. Кроме того, спектр тоже был странным — линии оказались слишком широкими, а скорости выброса вещества казались аномально высокими. Проще говоря, при внимательном рассмотрении событие ASASSN-15lh не вписывалось в рамки сверхяркой сверхновой.

И еще одна любопытнейшая деталь, которая настораживала с самого начала: местоположение. Большинство сверхярких сверхновых взрываются в карликовых галактиках с низкой металличностью и активным звездообразованием — там рождаются очень массивные и горячие звезды, которые, проживая очень короткую — по астрономическим меркам — жизнь, становятся кандидатами на такой взрыв. Событие ASASSN-15lh было зафиксировано в крупной, старой галактике. И самое важное: объект располагался точно в центре галактики. Не на краю, не в спиральном рукаве, а в ядре — там, где обычно прячется сверхмассивная черная дыра.

Дубль два

В конце 2016 — начале 2017 года уже погасший было объект неожиданно вспыхнул снова. Яркость выросла примерно на 10%. Не секрет, что сверхновые так себя не ведут, ибо гибель звезды — одноразовое событие. Можно наблюдать, как оболочка сброшенного вещества расширяется и остывает, как взаимодействует с окружением, но взрыв происходит один раз. Так что данное событие стало весомым аргументом в руках тех, кто изначально сомневался в верности интерпретации данных команды Донга.

Несколько международных команд ученых независимо друг от друга предложили радикально иное объяснение: событие приливного разрушения (англ. Tidal Disruption Event, TDE). Это принципиально иной тип катастрофы, инициатором которого является не звезда, а черная дыра.

Представьте звезду, которая однажды подлетела слишком близко к сверхмассивной черной дыре массой в миллионы или даже миллиарды солнечных. Пересекая так называемый радиус приливного разрушения, светило сталкивается с настолько сильным гравитационным градиентом, что ее буквально разрывает на части. Та сторона звезды, что находится ближе к черной дыре, испытывает притяжение во много раз сильнее, чем противоположная — и звезда начинает растягиваться.

Часть вещества, что падает в черную дыру, попадает сначала в аккреционный диск, раскручивается и разогревается до миллионов градусов, излучая в рентгеновском, ультрафиолетовом и видимом диапазонах. Это может продолжаться месяцы и годы, постепенно затухая по мере того, как вещество поглощается черной дырой.

TDE — редкое явление. В типичной галактике такая "гравитационная мясорубка" разрывает звезду в клочья примерно раз в 10–100 тысяч лет. В наблюдаемой Вселенной около двух триллионов галактик, а астрономы наблюдали лишь несколько десятков событий такого рода, и большинство из них были относительно тусклыми. Так что если ASASSN-15lh действительно является TDE, то перед нами несравненный рекордсмен.

Весомые аргументы

Команды астрофизиков во главе с Йоргосом Лелудасом и Питером Брауном провели детальный анализ спектра, кривой блеска и положения объекта. Локация в самом центре галактики, где находится сверхмассивная черная дыра массой примерно 100 миллионов масс Солнца, перестала быть просто совпадением. Изменения в спектре выдали характерные признаки именно аккреционного диска, а не остывающей оболочки сверхновой.

Все, абсолютно все указывало на то, что перед нами TDE — но только при одном условии: черная дыра должна вращаться очень быстро. Вращение черной дыры напрямую определяет, сколько энергии высвободится при поглощении материи. И чтобы объяснить колоссальную светимость события ASASSN-15lh, сверхмассивная черная дыра, разорвавшая звезду, должна вращаться практически с максимально возможной скоростью.

Кстати, повторная вспышка тоже вписывается в эту картину: вещество падает в черную дыру неравномерно, образуя в аккреционном диске сгустки, которые время от времени приводят к всплескам излучения. Это нормальное поведение в случае с TDE, но нетипичное для сверхновой.

Спор не закончен

Дебаты продолжаются до сих пор. Некоторые астрономы по-прежнему считают, что ASASSN-15lh — экзотическая сверхновая. Спектр на ранних стадиях, по их мнению, больше похож на взрыв звезды, чем на приливное разрушение. Эволюция цвета объекта сначала была типичной для сверхярких сверхновых — от синего к красному, хотя позже появились аномалии. А повторная вспышка, что была зафиксирована в конце 2016 — начале 2017 года, может быть связана со спецификой взаимодействия сброшенной оболочки с окружающим веществом.

Есть и еще один аргумент: даже для TDE ASASSN-15lh — слишком яркое событие. Чтобы получить такую светимость, нужны крайне специфические условия: экстремальная скорость вращения черной дыры, очень массивная исходная звезда и, вероятно, узкий релятивистский джет, направленный почти точно на нас в момент наблюдения с помощью системы ASAS-SN. Все это делает сценарий маловероятным, но не невозможным.

Если ASASSN-15lh однажды вновь вспыхнет, это станет железобетонным аргументом в пользу TDE-гипотезы. А пока остается лишь ждать и наблюдать.

В 2019 году международная команда астрономов, которую возглавил Сергей Копосов из университета Карнеги — Меллона (США), исследовала окрестности сверхмассивной черной дыры Стрелец А*, обитающей в "сердце" Млечного Пути.

Обратив свой взор на созвездие Журавля, они обнаружили звезду, которая удалялась от центра нашей Галактики со скоростью около 1 755 километров в секунду — это 6 318 000 километров в час. Для сравнения: самый быстрый рукотворный объект, солнечный зонд NASA Parker Solar Probe, развивает скорость до 192 километров в секунду. Солнце вращается вокруг центра Млечного Пути со скоростью 220–240 километров в секунду.

Это светило движется настолько быстро, что гравитация всего Млечного Пути не в силах ее удержать, а значит через несколько десятков миллионов лет звезда вырвется в холодную межгалактическую пустоту, став одиноким скитальцем до конца своей жизни.

Звезда, получившая обозначение S5-HVS1 (далее S5), относится к типу гиперскоростных и является самой быстрой из всех, когда-либо наблюдаемых астрономами.

Галактические изгнанники

Несмотря на скоростной рекорд, S5 не является каким-то аномальным объектом. Астрономы обнаружили десятки подобных звезд, движущихся настолько быстро, что они с лихвой преодолевают вторую космическую скорость для всей Галактики (около 550 километров в секунду), направляясь в межгалактическое пространство — пустоту, протяженностью в миллионы и миллионы световых лет.

Но какие силы смогли разогнать S5 до столь невообразимой скорости? Ответ — сверхмассивная черная дыра Стрелец А*. Она более чем в четыре миллиона раз массивнее Солнца, а ее гравитация настолько сильна, что с легкостью искривляет траектории близлежащих звезд.

Механизм разгона был предсказан и описан американским астрофизиком Джеком Хиллсом еще в 1988 году. Впоследствии, когда появились наблюдательные доказательства, научное сообщество отдало дань уважения открывателю, назвав этот процесс в его честь. Он работает следующим образом:

Двойная звездная система — две звезды, вращающиеся вокруг общего центра масс — подлетает к Стрелец А* настолько близко, что гравитация черной дыры разрывает пару. Одна звезда захватывается на орбиту и в итоге поглощается, а вторая — швыряется прочь с колоссальным ускорением, подобно запуску камня из пращи, но в космических масштабах. Энергия орбитального движения двойной системы превращается в кинетическую энергию улетающей звезды.

Расчеты вкупе с моделированием показали, что около пяти миллионов лет назад S5 действительно находилась в центре Галактики, в непосредственной близости от Стрелец А*. Там S5 лишилась своего звездного компаньона, а после была катапультирована прочь.

Космические странники

Гиперскоростные звезды — редкость, но, как я сказал выше, астрономы обнаружили десятки подобных объектов. Это позволяет составить целостную картину. Так сегодня известно, что не у каждой из них судьба была скорректирована встречей со сверхмассивной черной дырой.

Например, на расстоянии примерно 62 000 световых лет от Земли находится звезда US 708, которая покидает нашу Галактику со скоростью около 1 200 километров в секунду. А разогнала ее вспышка сверхновой в тесной двойной системе, где более массивная звезда буквально сорвала вещество с компаньона и взорвалась, отшвырнув звездный "огрызок".

Есть также гиперскоростные звезды, выброшенные в межгалактическую среду в ходе столкновения галактик, но, учитывая колоссальные расстояния, мы можем наблюдать не отдельные объекты, а лишь потоки, состоящие из тысяч звезд.

Что ждет S5 впереди?

Учитывая тот факт, что мы находимся внутри Млечного Пути и не знаем точно, насколько далеко простирается его галактическое гало (основная часть сферической подсистемы), оценки выхода S5 в межгалактическую среду варьируются от 50 до 100 миллионов лет.

Но этот выход неизбежен. S5 непременно окажется за пределами родительской галактики, где нет ничего, кроме крайне разреженного ионизированного газа, холода и вечной тьмы. Ни других звезд, ни гравитационных ориентиров. Но S5 будет рассеивать этот мрак своим присутствием на протяжении миллиардов лет, пока не израсходует водородное топливо. Учитывая, что масса S5 примерно в 2,35 раза больше массы Солнца, ее путь к превращению в красного гиганта, а после в красочную планетарную туманность будет существенно короче. Когда жизненный путь S5 подойдет к концу, она оставит после себя медленно остывающий белый карлик — крошечный и недоступный для наблюдений объект.

Зачем изучать такие звезды?

Если отсеять всю эту "космическую романтику", то гиперскоростные звезды — мощный инструмент для науки:

• По числу и траекториям галактических изгнанников можно оценить активность и уточнить массу сверхмассивной черной дыры Стрелец А*;
• Анализ траекторий помогает построить карту распределения темной материи в гало Галактики;
• Понимание механизмов взаимодействия, эволюции и гибели звездных систем, оказавшихся во власти сверхмассивных черных дыр;
• Тестирование общей теории относительности в экстремальных условиях, а также проверка альтернативных теорий гравитации (спойлер: теория Эйнштейна продолжает с феноменальным успехом проходить все проверки).

Есть ли звезды еще быстрее?

Теоретически — да. Некоторые модели предсказывают существование "релятивистских звезд", разогнанных до нескольких процентов скорости света (десятки тысяч километров в секунду). Объекты такого рода могут появиться, например, при взаимодействии с парой сливающихся сверхмассивных черных дыр.

Пока такие звезды не обнаружены. Но масштабы Вселенной таковы, что даже самые маловероятные события вполне могут быть реализованы. Так что, возможно, где-то прямо сейчас в системе из сталкивающихся галактик, ядра которых в лице сверхмассивных черных дыр сливаются, сотни звезд были разогнаны до фантастических скоростей, в сравнении с которыми S5 покажется черепахой.

Мы привыкли восторгаться гигантизмом в том или ином проявлении, поэтому нас так впечатляют звезды, которые в десятки, сотни и тысячи раз больше нашего Солнца. Однако для науки не меньший интерес представляют их полные противоположности — самые маленькие светила в наблюдаемой Вселенной.

Но насколько крошечными могут быть космические объекты такого класса? Оказывается, есть строгий физический предел, и он удивительно близок к размеру газовых гигантов.

Что делает звезду звездой

Ключевое отличие звезды от газового гиганта вроде Сатурна и Юпитера — самоподдерживаемая термоядерная реакция в ядре. Гравитация звезды равномерно давит со всех сторон к центру, разогревая ядро до температур, при которых атомы водорода начинают сливаться в гелий, высвобождая колоссальное количество энергии.

Но для запуска термоядерного синтеза необходимы чудовищное давление и температура — минимум 10 миллионов градусов в центре. А это требует массы. Очень много массы. Если ее будет недостаточно, то гравитация просто не сможет сжать вещество настолько сильно, чтобы инициировать запуск термоядерного синтеза, и объект в итоге останется холодным и темным.

Критическая граница

Астрофизики точно рассчитали минимум: чтобы термоядерная реакция с участием водорода началась, объект должен иметь массу не менее 7,5% от массы Солнца. Это более 75 масс Юпитера.

Объекты с массой ниже этой границы — от ~1,2% до 7,5% массы Солнца — называются коричневыми карликами. Эти "неудавшиеся звезды", одиноко блуждающие в пустотах межзвездного пространства, светятся за счет тепла, оставшегося после сжатия в процессе формирования и слабого дейтериевого — тяжеловодородного — синтеза, который требует меньшей массы, но при этом очень быстро выгорает. Коричневые карлики остывают и тускнеют за сотни миллионов лет.

А вот объекты выше этой границы — полноценные звезды. Пусть крошечные и едва уловимые в наши телескопы, но звезды, способные сжигать водород в своих недрах миллиарды лет.

Самые маленькие звезды во Вселенной

Красные карлики — это звезды на нижней границе массы. На них приходится около 75% всех звезд в Млечном Пути, и можно смело предположить, что во Вселенной в целом. Красные карлики настолько тусклые, что ни один из них невозможно увидеть невооруженным глазом.

И по состоянию на июль 2026 года объект EBLM J0555-57Ab удерживает лидирующую позицию в номинации "самая маленькая звезда". Это светило, удаленное примерно на 600 световых лет от нас, имеет массу всего 8,1% от солнечной. EBLM J0555-57Ab — красный карлик (этакий звездный лилипут) со средним диаметром в 118 000 километров. Для сравнения: экваториальный диаметр Юпитера составляет около 142 984 километров, а Солнца — примерно 1 392 000 километров.

Звезда размером с Юпитер

Вот парадокс: Юпитер, гордость Солнечной системы, больше EBLM J0555-57Ab, но звездой почему-то не является. Как же так? Все дело в плотности. Звезды, даже крошечные, намного плотнее газовых гигантов. Гравитация сжимает их вещество гораздо сильнее. Юпитер — рыхлый газовый шар. Красный карлик — сжатый гравитацией термоядерный реактор.

Распространенный миф гласит, что Юпитеру совсем чуть-чуть не хватило массы, чтобы стать маленькой звездой. На деле же ему нужно стать примерно в 75-76 раз массивнее, чтобы в его недрах начался термоядерный синтез. С таким же успехом можно любой объект Солнечной системы назвать неудавшейся звездой, включая нас с вами.

Читайте также:

• Откуда Вселенная берет энергию?
• Просто о сложном: зонд фон Неймана.
• Почему нельзя превысить скорость света.

Глядя на Луну в ясную ночь, мы видим знакомый серебристый диск с темными пятнами — лунными "морями". Но далеко не каждый знает, что эти пятна — застывшие океаны лавы, которая в далеком прошлом извергалась на поверхность в колоссальных объемах. Сохранились на Луне и некоторые вулканические структуры — архитекторы этого инопланетного рельефа.

Одна из них — давно потухший вулкан Mairan T, детально сфотографированный орбитальным аппаратом NASA Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) и поразивший ученых своей необычной природой.

Купол в Океане Бурь

Mairan T расположен на видимой стороне Луны, в северо-западной части Океана Бурь (лат. Oceanus Procellarum) — самого большого лунного "моря". Это не ударный кратер, каких на Луне миллионы, а именно потухший вулкан, сформированный выдавливанием вязкой лавы из недр.

Диаметр его основания составляет примерно семь километров, а высота — 800 метров. На вершине зияет крупная кальдера диаметром 3,8 километра и глубиной около 450 метров. Кальдера образовалась на последних стадиях извержения, когда опустошенное интенсивными извержениями магматическое жерло обрушилось внутрь себя.

На снимках LRO отчетливо видно, что Mairan T заметно ярче окружающей поверхности. Равнины Океана Бурь сложены из темных базальтов, богатых железом, а склоны вулкана покрыты застывшей лавой с высоким содержанием диоксида кремния — она светлее и обладает более высоким альбедо, то есть отражает больше света.

И именно в этом — главная загадка Mairan T.

Кремниевый вулкан там, где его не должно быть

Для Луны характерен базальтовый вулканизм — жидкая, текучая лава, которая растекалась по поверхности, заполняя гигантские впадины, разломы и формируя лунные моря. Кремниевый же вулканизм — совсем другая история. На Земле такой тип вулканической активности встречается преимущественно в Тихоокеанском огненном кольце: вязкая, богатая кремнием магма формирует взрывоопасные вулканы вроде Сент-Хеленс (США) или Пинатубо (Филиппины).

Для образования кремниевой лавы на Земле необходимо соблюдение как минимум двух условий: тектоника плит, при которой одна литосферная плита подныривает под другую, и наличие воды в горных породах, которая снижает температуру плавления и тем самым меняет состав магмы. Однако на Луне нет ни того, ни другого, так что факт существования Mairan T — огромная загадка.

Вероятно, возникла какая-то ошибка при сборе данных? Нет. В образцах, доставленных в рамках лунных программ NASA "Аполлон" и Китайского национального космического управления (CNSA) "Чанъэ", были выявлены следы кремниевых минералов. Так что нет никаких сомнений, что кремниевый вулканизм на Луне имел место. Каким образом — ученые до сих пор спорят. Одна из гипотез предполагает, что кремниевая магма могла формироваться за счет длительной дифференциации базальтового расплава в изолированных магматических камерах, без участия воды и тектоники.

Когда Луна была "живой"

Долгое время считалось, что вулканизм на земном спутнике завершился около трех миллиардов лет назад. Именно тогда, как предполагалось, последние потоки лавы залили поверхность, затвердели и сформировали знакомые нам темные моря, а Луна превратилась в геологически мертвое тело.

Но все изменилось в 2020 году, когда аппарат CNSA "Чанъэ-5" совершил посадку в Океане Бурь, собрал около 1,73 килограмма грунта и доставил его на Землю. Первичный анализ образцов показал, что базальты в этом регионе имеют возраст около двух миллиардов лет, а не три, как ожидалось.

Это уже была сенсация: вулканизм на Луне продолжался на миллиард лет дольше, чем думали. Но главный сюрприз был впереди.

В 2024 году команда китайских ученых из Института геологии и геофизики Китайской академии наук опубликовала результаты более глубокого анализа образцов "Чанъэ-5", в которых были обнаружены микроскопические стеклянные шарики вулканического происхождения. Их возраст составлял примерно 125 миллионов лет.

Получается, что в то время, когда по нашей планете бродили тираннозавры и трицератопсы, на Луне все еще извергались вулканы.

Почему это меняет все

Тело размером с Луну должно было остыть очень быстро по космическим меркам. Тем не менее внутреннее тепло по каким-то причинам сохранялось намного дольше, чем предсказывают стандартные модели, и питало вулканическую активность.

Одна из гипотез связывает эту аномалию с высоким содержанием радиоактивных элементов в лунной мантии, которые при распаде выделяют тепло. Другая предполагает, что приливное взаимодействие с Землей могло поддерживать разогрев недр. Третья допускает существование изолированных "карманов" магмы, которые остывали значительно медленнее, чем окружающие породы.

И вот тут возникает захватывающий вопрос: а может ли Луна все еще оставаться вулканически активной? Скорее всего, нет — но после серии открытий за последние десятилетия ученые уже не столь категоричны в этом утверждении.

Визуальный опыт человека, падающего в черную дыру, будет радикально отличаться от повседневной физики — ничего подобного ни при каких других условиях увидеть просто невозможно. Разница между тем, что человек увидит перед собой и что сможет наблюдать за своей спиной — колоссальная. Однако в этой статье мы разберем, что можно было бы увидеть, обернувшись, потому что эта картина была бы особенно необычной.

В соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна, которая уже более века выдерживает всевозможные тесты, визуальный ряд будет меняться в зависимости от расстояния до горизонта событий и размера самой черной дыры.

На подходе к горизонту событий

При приближении к черной дыре внешняя Вселенная начинает визуально искажаться, так как колоссальная гравитация работает как линза: свет от далеких звезд изгибается вокруг дыры, огибая ее гравитационное поле.

Если в этот момент обернуться назад, наблюдатель увидит, что привычное звездное небо сжимается. Окружающее пространство темнеет, а свет всех звезд из покинутой Вселенной фокусируется гравитацией в яркое концентрическое кольцо, замыкающееся у него над головой. Эффект Доплера подскажет цвет этого кольца — красноватый. Связано это с тем, что наблюдатель стремительно удаляется от объектов позади себя.

Параллельно с этим в игру вступает эффект гравитационного замедления времени: собственные часы падающего идут нормально, но если смотреть на внешнюю Вселенную, кажется, что процессы в ней идут быстрее. Чем ближе наблюдатель к горизонту событий, тем сильнее ускоряется внешний мир. Таким образом, человек сможет в режиме реального времени наблюдать рождение звезд, их эволюцию, гибель, столкновение галактик и даже ускоренное космологическое расширение.

Пересечение горизонта событий

Горизонт событий — это точка невозврата, миновав которую, даже свет, имеющий предельную скорость во Вселенной, уже не может вырваться наружу.

Если человек падает в сверхмассивную черную дыру (массой в миллионы и миллиарды солнечных масс), приливные силы на горизонте событий будут относительно слабы. Поэтому наблюдатель пересечет эту границу живым и физически ничего не почувствует.

В случае с черной дырой звездной массы (несколько масс Солнца) приливные силы разорвут наблюдателя задолго до пересечения горизонта.

Находясь точно на горизонте событий и обернувшись назад, человек все еще будет видеть внешнюю Вселенную, так как свет снаружи продолжает беспрепятственно падать внутрь черной дыры, догоняя наблюдателя. Однако по мере падения внешний мир для наблюдателя будет сжиматься все сильнее, превращаясь в экстремально яркое пятно.

Внутри горизонта событий

После пересечения горизонта событий вступают в силу радикальные изменения геометрии пространства-времени. Внутри черной дыры пространственные и временные координаты фактически меняются местами.

Направление к сингулярности (центру дыры) перестает быть просто точкой в пространстве — оно становится неизбежным будущим во времени. Любая попытка затормозить или повернуть назад обернется неудачей, так как физически это будет эквивалентно попытке переместиться в прошлое.

Обернувшись внутри горизонта событий, человек все еще будет видеть свет внешней Вселенной, падающий вслед за ним. Но здесь в дело вступает турбулентность самого пространства-времени, и яркое пятно искажается, смешиваясь с излучением, попавшим в дыру ранее. Наблюдатель начинает видеть прерывистые вспышки и лучи света, движущиеся по искаженным траекториям.

Существует интересная гипотеза: из-за бесконечного ускорения времени внешнего мира обернувшийся наблюдатель, падающий в черную дыру, мог бы стать свидетелем всей оставшейся истории Вселенной вплоть до ее тепловой смерти. Правда, свет внешнего мира был бы сильно смещен в красную сторону спектра и ослаблен.

Приближение к сингулярности

На финальном этапе, при приближении к сингулярности, гравитационный градиент возрастает до критических значений. Разница гравитационного притяжения, действующего на ноги и голову наблюдателя, станет настолько огромной, что тело начнет стремительно растягиваться по вертикали и сжиматься по горизонтали. В физике этот процесс называют спагеттификацией.

Перед тем как приливные силы разорвут наблюдателя на субатомные частицы, внешняя Вселенная сожмется в бесконечно малую точку света.

Описать визуальный опыт наблюдения по достижении сингулярности невозможно, потому что там наша физика просто перестает работать.

Квазары — ярчайшие объекты из всех, что доводилось наблюдать человечеству. Яркость одного такого объекта может превосходить яркость Солнца в триллион раз — он светит ярче целой галактики с миллиардами звезд. Эти космические маяки, находящиеся на расстоянии в миллиарды световых лет от Земли, позволяют астрономам заглянуть в очень далекое прошлое Вселенной.

Но что представляют собой квазары и какие силы обеспечивают им столь невероятную яркость? Давайте разбираться.

Что такое квазар?

Слово "квазар" — сокращение от "квазизвездный радиоисточник". Первый объект такого рода, выглядевший как точечный источник света, похожий на яркую звезду, был обнаружен в 1960 году астрономами Алланом Сэндиджем и Томасом Мэтьюзом. Однако от типичного светила его отличало огромное количество энергии, излучаемой в радиодиапазоне. Несмотря на это, находка, получившая обозначение 3C 48, долгое время рассматривалась как "нетипичная звезда".

Сегодня мы знаем, что 3C 48 и подобные ему объекты — это квазары, представляющие собой активные ядра галактик, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры массой от нескольких миллионов до миллиардов солнечных масс. Такая черная дыра с лютой жадностью пожирает огромное количество материи, которая ее окружает — газ, пыль, целые звезды — и в ходе этого процесса генерирует колоссальное количество энергии.

Не секрет, что сама черная дыра не способна быть источником света — все, что падает за горизонт событий, не способно вырваться наружу. Но материя, устремляющаяся к черной дыре, разогревается до миллионов градусов, образуя вокруг нее светящийся аккреционный диск. Именно этот диск и джеты (струи вещества, выбрасываемые вдоль оси вращения черной дыры со скоростью, близкой к скорости света) обеспечивают запредельную яркость квазара.

Масштаб яркости

Для сравнения, светимость Солнца около 3,8 × 10^26 ватт. По земным меркам это, конечно, впечатляющий показатель, но в масштабах космоса — капля в море.

Типичный квазар излучает энергию на уровне 10^40–10^41 ватт и светит ярче, чем вся наша галактика Млечный Путь, в которой может быть более 400 миллиардов звезд.

Просто представьте: объект размером с Солнечную систему (аккреционный диск квазара имеет диаметр в несколько световых дней или недель) светит ярче, чем галактика диаметром в 100 000 световых лет с сотнями миллиардов звезд.

Как работает квазар

Сверхмассивная черная дыра, по сути являющаяся сердцем квазара, поглощает материю с невероятной скоростью — в среднем несколько солнечных масс в год. Падающее вещество закручивается в аккреционный диск, где частицы сталкиваются, трутся друг о друга, разгоняются до релятивистских (околосветовых) скоростей.

Трение и сжатие разогревают диск до 10-100 миллионов градусов, из-за чего материя начинает излучать в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах, то есть в одних из самых энергетичных форм света.

Примечательно, что не вся материя попадает в черную дыру — часть выбрасывается вдоль ее магнитных полюсов в виде релятивистских джетов — узких струй плазмы, способных двигаться со скоростью 99,999<...>% скорости света. При этом протяженность джетов может составлять миллионы световых лет, что позволяет наблюдать их далеко за пределами родительской галактики.

Если джет направлен в сторону наблюдателя, квазар кажется еще ярче из-за релятивистского усиления — эффекта, при котором излучение от объекта, движущегося почти со скоростью света, фокусируется в узкий конус.

Рекордсмен среди квазаров

Самый яркий из известных квазаров — QSO J0529−4351, идентифицированный* в 2024 году. Его светимость превышает светимость Солнца в 500 триллионов раз!

*На самом деле объект оказался в данных наблюдений еще в 1980 году. Однако его десятилетиями считали просто звездой.

QSO J0529−4351 находится на расстоянии около 12 миллиардов световых лет от нас, а значит свет от него, который мы видим сегодня, был испущен, когда возраст Вселенной составлял примерно 1,8 миллиарда лет — она была еще совсем юной.

В центре этого квазара находится сверхмассивная черная дыра массой около 17–20 миллиардов масс Солнца. И эта черная дыра — одна из наиболее быстрорастущих в известной Вселенной. Каждый день она поглощает около одной солнечной массы.

Есть ли квазары рядом с нами?

Абсолютно все известные квазары удалены на миллиарды световых лет от нас. В близлежащих галактиках их нет. Почему?

Потому что квазары существовали исключительно в молодой Вселенной, когда галактики были переполнены газом и пылью — топливом для сверхмассивных черных дыр. В те времена черные дыры активно питались, стабилизируя свои галактики и интенсивно светясь.

Со временем сверхмассивные черные дыры расчистили свои окрестности — поглотили все до чего позволяло "дотянуться" гравитационное поле — и перешли в "спящий режим". То есть сверхмассивные черные дыры никуда не делись, они продолжают пребывать в центрах всех крупных галактик, включая Млечный Путь, — но они больше не светятся** как квазары, потому что нет для этого ресурсов.

**И все же в центрах некоторых галактик есть активные черные дыры. Однако в сравнении с квазарами они светятся крайне тускло, потому что вокруг уже нет такого количества "свободной" материи.

Квазары и судьба галактик

Энергия, выделяемая квазаром, настолько велика, что способна остановить звездообразование в родительской галактике.

Связано это с тем, что джеты и мощное излучение нагревают окружающий газ и часть его выбрасывают из галактики, лишая ее ключевого материала для формирования новых звезд. Это подтверждают наблюдения: в наиболее массивных галактиках практически прекратилось звездообразование.

Интересное наблюдение: в нашей Галактике каждый год рождается всего около 2-3 новых звезд, что является очень низким показателем. Можно предположить, что Стрелец А*, сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, в свое время питала квазар, который "выжег" львиную долю газа.

Квазары — это одновременно разрушители и созидатели. Они отвечали за рост галактик и распределение материи в ранней Вселенной, формируя ее структуру.

Эра квазаров закончилась миллиарды лет назад. Однако свет, испущенный ими, все еще продолжает свое путешествие по просторам Вселенной, рассказывая о том, каким было это таинственное мироздание в самом начале своей истории.

Читайте также:

• Квазар из ранней Вселенной озадачил астрономов.
• “Джеймс Уэбб” показал квазар SDSS J165202.64+172852.3.
• Сверхмассивные черные дыры формируют химический состав своих галактик.

Ответ на пост космос на ладони

Без цели, без плана в обнимку с баночками фриты

Нанёс фриту, поднял до 750 на 10 минут, сбросил до 600. И мееедленно остудил.

Туманность Гомункул — это биполярная эмиссионная туманность в созвездии Киль, находящаяся на расстоянии около 7 500 световых лет от Земли.

Она представляет собой результат выброса вещества звезды-гипергиганта Эта Киля A, масса которой превышает массу Солнца примерно в 100-120 раз. Диаметр этой звезды в 200 раз больше солнечного, а светимость — в пять миллионов раз.

Породившая туманность звезда Эта Киля A является частью двойной системы. Эта Киля B — более "скромный" компаньон с массой около 30-80 масс Солнца и диаметром в 20-24 раза больше солнечного. Его светимость в 500 000 раз превышает аналогичный параметр нашей звезды.

В 1843 году Эта Киля A пережила так называемую Великую вспышку — событие, которое на короткое время сделало ее второй по яркости звездой на земном небе после Сириуса, удаленного "всего" на 8,6 световых года от нас.

Примечательно, что Эта Киля A начала аномально увеличивать свою яркость еще в 1837 году, а пик был достигнут через шесть лет. К 1856 году она перестала быть видимой невооруженным глазом.

В ходе Великой вспышки Эта Киля A выбросила в окружающее пространство колоссальное количество материи — по разным оценкам, от 10 до 20 солнечных масс. Это вещество разлеталось со скоростью около 650 километров в секунду, формируя характерную двухлопастную (биполярную) структуру, напоминающую гантель или песочные часы.

Сегодня туманность продолжает расширяться, а ее полярный диаметр составляет около 0,7 световых года. Газ и пыль, выброшенные почти два века назад, до сих пор светятся под воздействием излучения центральной звезды.

Туманность Гомункул состоит из двух массивных "лопастей", направленных в противоположные стороны вдоль оси вращения звезды. Эта форма объясняется тем, что выброс происходил неравномерно: вещество двигалось быстрее вдоль полюсов звезды и медленнее в экваториальной области.

В центре туманности, где сталкиваются потоки газа, температура достигает миллионов градусов. Эти ударные волны порождают жесткое рентгеновское излучение, которое можно зафиксировать с помощью таких инструментов, как космическая рентгеновская обсерватория NASA "Чандра".

Эта Киля A — одна из самых массивных и нестабильных звезд в нашей Галактике, которая находится на поздней стадии эволюции и считается кандидатом в сверхновые.

По астрономическим меркам, Эта Киля может взорваться в любой момент — завтра вечером, через век или через несколько тысяч лет. Когда это произойдет, взрыв будет настолько мощным, что его можно будет наблюдать с Земли невооруженным глазом даже днем. Однако, учитывая удаленность двойной системы, это событие будет безопасным для нашей планеты и ее обитателей.

Космический аппарат NASA "Вояджер-1" часто называют первым рукотворным объектом, выбравшимся в межзвездное пространство. Звучит эпично. Кажется, будто созданный людьми в XX веке зонд покинул родную планетную систему и теперь летит среди звезд...

Но здесь есть важный нюанс. "Вояджер-1" действительно достиг межзвездного пространства, но это не означает, что он покинул Солнечную систему.

Как же так? Давайте разбираться.

В 2012 году "Вояджер-1" пересек гелиопаузу — внешнюю границу гелиосферы. Гелиосфера — это гигантский "пузырь" околосолнечного пространства, заполненный потоком заряженных частиц — солнечным ветром — и находящийся под сильным влиянием магнитного поля Солнца. Внутри гелиосферы доминирует Солнце, а вот за гелиопаузой главную роль начинает играть межзвездная среда.

Именно поэтому ученые говорят, что "Вояджер-1" вошел в межзвездное пространство: он больше не находится внутри защитного пузыря солнечного ветра. Но Солнечная система — это не только область, заполненная солнечным ветром. У Солнца есть еще и гравитационное влияние, которое простирается намного дальше гелиопаузы.

Считается, что внешней границей Солнечной системы является облако Оорта, представляющее собой гигантскую оболочку из преимущественно ледяных тел, связанных гравитацией Солнца и находящихся от него на колоссальном расстоянии. Именно из облака Оорта приходят долгопериодические кометы.

И вот до этой области "Вояджер-1" еще даже не добрался.

Расчеты NASA показывают, что зонду потребуется около 300 лет, чтобы достичь внутреннего края облака Оорта. А прохождение через облако Оорта займет еще примерно 30 000 лет. И вот тогда можно будет сказать, что человечество выбралось за пределы Солнечной системы и устремилось к звездам. Не секрет, что цивилизации не существуют так долго, поэтому, вероятно, гордиться этим достижением будет некому. Или же наши далекие потомки, обживающие пережитки нашей реальности, банально забудут об этом, решая земные проблемы, которые мы им щедро готовим.

Получается странная, но с физической точки зрения абсолютно верная картина: межзвездное пространство начинается раньше, чем заканчивается Солнечная система.

На самом деле путешествие "Вояджера-1" только начинается.

После запуска в 1977 году и серии гравитационных маневров у Юпитера и Сатурна зонд получил огромную скорость — около 61 200 километров в час — и дальше движется по инерции. В космосе почти нет сопротивления, которое могло бы его быстро затормозить, поэтому аппарату не нужно постоянно "жечь топливо", чтобы продолжать путь, у которого нет конечного пункта назначения.

Сейчас "Вояджер-1" является самым далеким рукотворным объектом и движется в сторону глубин межзвездного пространства. Но даже столь огромная по человеческим меркам скорость выглядит ничтожной в масштабах Вселенной.

Читайте также:

• 10 интересных фактов об Облаке Оорта.
• Откуда на Луне кратеры со стороны Земли.
• Что находится за поясом Койпера.

Один очень известный "инженер", обожающий рассказывать басни о скорой колонизации Марса, неоднократно предлагал устроить ядерные взрывы над полюсами Красной планеты, чтобы быстро испарить замерзшие вещества, насытить атмосферу газами и сделать ее плотнее.

В массовом воображении эта идея выглядит как крайне эффектный шаг к терраформированию: бах! И промерзлая пустыня начинает превращаться в новый дом для человечества.

Все, что для этого нужно, — просто набраться решимости, и дело в шляпе! Или нет?

С Марсом все, разумеется, намного сложнее, чем в подобных фантазиях.

Главная проблема в том, что полярные шапки Марса не являются магическим хранилищем атмосферы. Да, там есть замерзший углекислый газ и водяной лед. Да, если высвободить львиную долю этих запасов и перевести их в газообразное состояние, атмосферное давление действительно увеличится. Но тут возникает разумный вопрос: будет ли этого достаточно, чтобы на планете начались существенные изменения?

И ответ разрушает всю романтику.

Современная атмосфера Марса очень тонкая. Давление у поверхности составляет меньше 1% земного. Поэтому жидкая вода там не может существовать стабильно: она либо быстро испаряется, либо замерзает. Чтобы Марс вновь стал планетой с реками, озерами, морями и мягким климатом, ему нужно не просто немного поднабрать газа, а обзавестись огромной массой атмосферы.

Растопить или испарить полярные шапки — значит лишь немного утолстить этот жалкий газовый слой. По оценкам исследователей, если высвободить углекислый газ из полярных отложений, давление вырастет меньше чем до 15 мбар. Для сравнения, земное давление — около 1 000 мбар.

Таким образом, "ядерные манипуляции" с полярными шапками не только не превратят Марс в теплый мир, но и загрязнят его.

Есть и вторая проблема: вода. Даже если представить, что полярные шапки растоплены, атмосфера чуть "поправилась" и по поверхности хлынули потоки воды, этот эффект будет непродолжительным. Марс слишком холодный, а давление все равно будет крайне низким, так что вода будет испаряться, замерзать, уходить в грунт через трещины и поры, а водяной пар — переноситься к холодным ловушкам, то есть постоянно затененным участкам, и осаждаться там в виде инея и льда.

Третья проблема — сам углекислый газ. В теории он мог бы стать главным парниковым газом для прогрева Марса. Но его доступных запасов на планете недостаточно. Часть древней атмосферы улетучилась в космос. Часть углерода связалась с карбонатными минералами, часть удерживается в грунте и заперта в ледяных клатратах — структурах, где молекулы газа заключены внутри кристаллической решетки водяного льда. Проще говоря, на Марсе нет никакого удобного резервуара с парниковым газом, который только и ждет, чтобы его разогрели и выпустили обратно в атмосферу. Кроме того, невозможно восполнить те потери, что банально покинули планету.

Марсу не просто не хватает тепла. Ему не хватает вещества для создания новой атмосферы.

А теперь добавим еще одну проблему — прямо-таки вишенку на торте. Даже если каким-то чудом создать плотную атмосферу, ее нужно как-то удержать. У Земли есть мощное магнитное поле, защищающее верхние слои атмосферы от непрерывных атак солнечного ветра. Марс же лишен глобального магнитного поля. Поэтому солнечный ветер и излучение разрушали бы и уносили его новую атмосферу в космос.

Это уже происходило. Исходя из имеющихся данных, ранний Марс был более влажным и теплым миром, а значит, его атмосфера была намного плотнее. Но он не смог сохранить ее. Газовая оболочка истончилась, жидкая вода исчезла с поверхности, и Красная планета превратилась в холодную сухую пустыню, которую мы наблюдаем сегодня.

Так почему новая атмосфера должна вести себя иначе?

Конечно, она не исчезла бы мгновенно. Солнечный ветер не ведет себя как ураган, способный за пару дней выдуть всю атмосферу. Это медленный процесс. Но терраформирование — задача на тысячи или даже миллионы лет. Поэтому планета должна не просто получить атмосферу на несколько десятилетий, а поддерживать ее стабильно.