Объекты из которых состоит космос

В нашей Вселенной много удивительного, и порой она кажется интереснее самой изощренной фантастики. И сейчас мы хотим поговорить об объектах далекого космоса, о которых слышали все, но при этом далеко не каждый представляет себе, о чем идет речь.

Красный гигант

Существует множество разных звезд: одни более горячие, другие более холодные, одни большие, другие (условно) маленькие. Звезда-гигант имеет невысокую температуру поверхности и огромный радиус. Из-за этого она обладает высокой светимостью. Характерный пример – красный гигант. Его радиус может достигать 800 солнечных, а яркость способна превосходить солнечную в 10 тыс. раз. Звезда становится красным гигантом, когда в ее центре весь водород превращается в гелий, а термоядерное горение водорода продолжается на периферии гелиевого ядра. Это ведет к росту светимости, расширению внешних слоев, а также снижению температуры на поверхности.

В более широком смысле красный гигант – это звезда, находящаяся на конечном этапе эволюции. Дальнейшая ее судьба зависит от массы. Если масса низкая, то такая звезда трансформируется в белого карлика, если высокая – она превратится в нейтронную звезду или черную дыру. Красные гиганты бывают разными, но все они имеют похожее строение. Речь, в частности, идет о горячем плотном ядре и очень разреженной и протяженной оболочке. Все это ведет к интенсивному звездному ветру – истечению вещества из светила в межзвездное пространство.

Двойная звезда

Этот термин обозначает две гравитационно связанные звезды, которые обращаются вокруг общего центра масс. Иногда можно встретить системы, которые состоят из трех звезд. Двойная звезда кажется весьма экзотическим явлением, однако в галактике Млечный Путь оно очень распространено. Исследователи полагают, что примерно половина всех звезд Галактики относится к двойным системам (это второе название данного явления).

Обычная звезда формируется в результате сжатия молекулярного облака из-за гравитационной неустойчивости. В случае с двойной звездой, очевидно, ситуация похожа, но вот что касается причины разделения, то здесь ученые не могут прийти к общему мнению.

Коричневый карлик

Коричневый карлик – весьма необычный объект, который сложно как-либо классифицировать. Он занимает промежуточное положение между звездой и газовой планетой. Эти объекты имеют массу, сравнимую с 1-8% солнечной. Они чересчур массивны для планет, и гравитационное сжатие дает возможность для термоядерных реакций с участием «легкогорючих» элементов. Но для «зажигания» водорода массы недостаточно, и светит коричневый карлик, в сравнении с обычной звездой, относительно недолго.

Температура поверхности коричневого карлика может составлять 300-3000 К. Всю свою жизнь он непрерывно остывает: чем крупнее такой объект, тем медленнее происходит этот процесс. Проще говоря, коричневый карлик из-за термоядерного синтеза разогревается на самом первом этапе своей жизни, а затем остывает, становясь похожим на обычную планету. Название пошло от темно-красного или даже инфракрасного цвета этих объектов.

Туманность

Это слово мы не раз слышим, когда касаемся вопросов астрономии. Туманность – это не что иное, как космическое облако, которое состоит из пыли и газа. Это основной строительный блок нашей Вселенной: из него образуются звезды и звездные системы. Туманность – один из самых красивых астрономических объектов, она может светиться всеми цветами радуги.

Здесь важно уточнить. Слово «туманность» имеет давнюю историю: раньше им могли обозначить практически любой астрономический объект, включая галактики. Например, галактика туманность Андромеды. Сейчас отданной практики отошли, и словом «туманность» обозначают скопления пыли, газа и плазмы. Выделяют эмиссионную туманность (облако газа высокой температуры), отражательную туманность (она не излучает собственную радиацию), темную туманность (облако пыли, блокирующее свет от объектов, расположенных за ним) и планетарную туманность (оболочку из газа, произведенного звездой в конце своей эволюции). Сюда же относят и остатки сверхновых.

Белый карлик

Звезда-карлик – это полная противоположность звезде-гиганту. Перед нами проэволюционировавшее светило, масса которого может быть сравнима с массой Солнца. При этом радиус белого карлика примерно в 100 раз меньше радиуса нашего светила. Будучи одной из маломассивных звезд, Солнце тоже превратится в белого карлика через несколько миллиардов лет после исчерпания в ядре запасов водорода. Белые карлики занимают 3-10 % звездного населения нашей Галактики, но из-за малой светимости выявить их очень тяжело.

По мере своей дальнейшей эволюции белый карлик охлаждается еще сильнее, а кроме того, его цвет меняется с белого на красный. Конечная стадия эволюции такого объекта – остывший черный карлик. Другой вариант – накопление вещества на поверхности белого карлика, «перетекающего» с другой звезды, сжатие и последующий взрыв новой или сверхновой.

Желтый карлик

Об этом типе звезд знают далеко не все. И это странно, ведь наше родное Солнце – это типичный желтый карлик. Желтые карлики – небольшие звезды, масса которых составляет 0,8-1,2 солнечной. Это светила т.н. главной последовательности. На диаграмме Герцшпрунга – Рассела она является областью, содержащей звезды, использующие в качестве источника энергии термоядерную реакцию синтеза гелия из водорода.

Желтые карлики имеют температуру поверхности 5000-6000 К, а среднее время жизни такой звезды составляет 10 млрд лет. Такие звезды превращаются в красных гигантов после того, как их запас водорода сжигается. Подобная участь ожидает и наше Солнце: по прогнозам ученых, примерно через 5-7 млрд лет оно поглотит нашу планету, а затем превратится в белого карлика. Но задолго до всего этого жизнь на нашей планете будет сожжена.

Сверхновая

Сверхновой звездой называют феномен, при котором яркость звезды меняется на 4-8 порядков, а после этого можно видеть постепенное затухание вспышки. В более широком смысле, это взрыв звезды, при котором происходит разрушение всего объекта. При этом такая звезда на некоторое время затмевает другие светила: и это неудивительно, ведь при взрыве ее светимость может превышать солнечную в 1000 млн раз. В галактике, которую можно сравнить с нашей, появление одной сверхновой фиксируется примерно раз в 30 лет. Однако наблюдению за объектом мешает огромное количество пыли. При взрыве огромный объем вещества попадает в межзвездное пространство. Оставшееся вещество может выступать в качестве строительного материала для нейтронной звезды или черной дыры.

Есть два основных типа сверхновых. В первом случае наблюдается дефицит водорода в оптическом спектре. Поэтому ученые считают, что имел место взрыв белого карлика. Дело в том, что у белого карлика водорода почти нет, так как это конец звездной эволюции. Во втором случае исследователи фиксируют следы водорода. Отсюда возникает предположение, что речь идет о взрыве «обычной» звезды, ядро которой подверглось коллапсу. При таком сценарии ядро в конечном итоге может стать нейтронной звездой.

Нейтронная звезда

Нейтронная звезда представляет собой объект, состоящий в основном из нейтронов, – тяжелых элементарных частиц, не имеющих электрического заряда. Как уже говорилось, причиной их образования является гравитационный коллапс нормальных звезд. За счет притяжения начинается стягивание звездных масс внутрь до тех пор, пока они не становятся невероятно сжатыми. В результате этого нейтроны как бы «упаковываются».

Нейтронная звезда невелика – обычно ее радиус не превышает 20 км. При этом масса большинства таких объектов составляет 1,3-1,5 солнечных (теория допускает существование нейтронных звезд с массой 2,5 массы Солнца). Плотность нейтронной звезды настолько велика, что одна чайная ложка ее вещества будет весить миллиарды тонн. Такой объект состоит из атмосферы из горячей плазмы, внешней и внутренней коры, а также ядер (внешнего и внутреннего).

Пульсар

Считается, что нейтронная звезда излучает радиолуч в направлении, связанном с ее магнитным полем, ось симметрии которого не совпадает с осью вращения звезды. Проще говоря, пульсар – это нейтронная звезда, которая вращается с невероятной скоростью. Пульсары излучают мощные гамма-лучи, так что мы можем наблюдать радиоволны в том случае, если нейтронная звезда расположена своим полюсом к нашей планете. Это можно сравнить с маяком: наблюдателю на берегу кажется, что он периодически мигает, хотя на самом деле прожектор просто поворачивается в другую сторону.

Иными словами, мы можем наблюдать некоторые нейтронные звезды в качестве пульсаров из-за того, что они имеют электромагнитные волны, которые пучками выбрасываются с полюсов нейтронной звезды. Лучше всего изучен пульсар PSR 0531+21, который находится в Крабовидной туманности на расстоянии 6520 св. лет от нас. Нейтронная звезда совершает 30 оборотов в секунду, а полная мощность излучения этого пульсара в 100 000 раз выше, чем у Солнца. Впрочем, многие аспекты, связанные с пульсарами, только предстоит изучить.

Квазар

Пульсар и квазар иногда путают, между тем разница между ними очень велика. Квазар – загадочный объект, чье название произошло от словосочетания «квазизвездный радиоисточник». Такие объекты – одни из самых ярких и самых далеких от нас. По мощности излучения квазар может в сто раз превосходить все звезды Млечного Пути вместе взятые.

Разумеется, обнаружение первого квазара в 1960 году вызвало невероятный интерес к явлению. Сейчас ученые полагают, что перед нами активное ядро галактики. Там находится сверхмассивная черная дыра, вытягивающая на себя материю из пространства, которое ее окружает. Масса дыры просто гигантская, а сила излучения превосходит силу излучения всех расположенных в галактике звезд. Одна из версий также гласит, что квазар может быть галактикой на самом раннем этапе развития – в это время окружающее вещество «пожирается» сверхмассивной черной дырой. Самый близкий к нам квазар находится на расстоянии 2 млрд световых лет, а самые далекие из-за их невероятной видимости мы можем наблюдать на удалении 10 млрд световых лет.

Блазар

Существуют также объекты, называемые блазарами. Они представляют собой источники мощнейших гамма-вспышек в космосе. Блазары являются направленными к Земле потоками излучения и вещества. Проще говоря, блазар – это квазар, испускающий мощнейший луч плазмы, который может уничтожить все живое на своем пути. Если такой луч пройдет на расстоянии хотя бы 10 св. лет от Земли, на ней уже не будет жизни. Блазар неразрывно связан со сверхмассивной черной дырой в центре галактики.

Само название пошло от слов «квазар» и «BL Ящерицы». Последний является характерным представителем блазаров, известных как лацертиды. Данный класс выделяется особенностями оптического спектра, который лишен широких эмиссионных линий, характерных для квазаров. Сейчас ученые выяснили расстояние до самого отдаленного блазара PKS 1424+240: оно составляет 7,4 млрд световых лет.

Черная дыра

Вне всякого сомнения, это один из самых загадочных объектов Вселенной. О черных дырах написано много, но природа их до сих пор скрыта от нас. Свойства объектов таковы, что их вторая космическая скорость превосходит скорость света. Ничто не способно избежать гравитации черной дыры. Она настолько огромна, что практически останавливает ход времени.

Черная дыра образуется от массивной звезды, которая израсходовала свое топливо. Звезда, схлопывающаяся под собственной тяжестью и увлекающая за собой пространственно-временной континуум вокруг. Гравитационное поле становится настолько сильным, что даже свет больше не может из него вырваться. В результате область, в которой ранее находилась звезда, становится черной дырой. Иными словами, черная дыра – это искривленный участок Вселенной. Он всасывает в себя материю, расположенную рядом. Считается, что первый ключ к пониманию черных дыр – это теория относительности Эйнштейна. Впрочем, ответы на все основные вопросы еще только предстоит узнать.

Кротовая нора

Продолжая тему, просто нельзя пройти мимо т.н. «кротовых нор», или «червоточин». Даже несмотря на то, что это сугубо гипотетический объект, перед нами своего рода пространственно-временной туннель, состоящий из двух входов и горловины. Кротовая нора – топологическая особенность пространства-времени, позволяющая (гипотетически) путешествовать кратчайшим из всех путей. Чтобы хоть немного понять природу кротовой норы, можно свернуть бумажный лист, а затем проткнуть его иголкой. Полученная в результате дыра будет являться подобием кротовой норы.

В разное время специалисты выдвигали различные версии о кротовых норах. Возможность существования чего-то подобного доказывает общая теория относительности, но до сих пор не удалось найти ни одну кротовую нору. Может быть, в будущем новые исследования помогут выяснить природу таких объектов.

Темная материя

Это гипотетическое явление, не испускающее электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействующее с ним. Следовательно, мы не можем его обнаружить напрямую, но видим признаки существования темной материи при наблюдении за поведением астрофизических объектов и гравитационными эффектами, которые они создают.

Но как нашли темную материю? Исследователи рассчитали общую массу видимой части Вселенной, а также гравитационные показатели. Был выявлен определенный дисбаланс, который и списали на загадочную субстанцию. Также выяснилось, что некоторые галактики вращаются быстрее, чем должны согласно расчетам. Следовательно, нечто оказывает на них влияние и не позволяет «разлететься» в стороны.

Сейчас ученые полагают, что темная материя не может состоять из обычного вещества и в ее основе лежат крошечные экзотические частицы. Но некоторые в этом сомневаются, указывая на то, что темная материя может состоять и из макроскопических объектов.

Темная энергия

Если и существует что-то более загадочное, чем темная материя, то это темная энергия. В отличие от первого, темная энергия – относительно новое понятие, но оно уже успело перевернуть наше представление о Вселенной. Темная энергия, согласно выводам ученых, является чем-то, что заставляет нашу Вселенную расширяться с ускорением. Иными словами, она расширяется все быстрее. Исходя из гипотезы о темной материи, распределение масс во Вселенной выглядит так: 74% – темная энергия, 22% – темная материя, 0,4% – звезды и другие объекты, 3,6% – межгалактический газ.

Если в случае с темной материей есть хотя бы косвенные доказательства ее существования, то темная энергия существует сугубо в рамках математической модели, рассматривающей расширение нашей Вселенной. Поэтому никто не может сейчас с уверенностью сказать, что такое темная энергия.