Пять возрастов Вселенной - Фред Адамс

В фазу основного коллапса центральную протозвезду и ее небулярный диск окружает направленный внутрь газопылевой поток. Эта падающая оболочка достаточно плотна, чтобы почти полностью закрыть внешний вид образующейся звезды. Исходное видимое излучение, испущенное центральной звездой, перерабатывается так, что образующиеся звезды можно наблюдать лишь в инфракрасной части спектра, невидимой для человеческого глаза. По этой причине по-настоящему образующиеся звезды однозначным образом распознали только в восьмидесятые годы двадцатого века, когда их открытие стало возможным благодаря успехам, которых достигла инфракрасная технология.

По мере эволюции протозвезды увеличивается как ее масса, так и мощность излучения. Образующаяся звезда создает сильный звездный ветер, который пробивается сквозь плотную завесу газа, падающего на ее поверхность. Совершив первый прорыв, этот направленный наружу поток собирается в узкие струи, но большая часть газа, текущего вблизи звезды, по-прежнему направлена в центр. Однако постепенно поток, направленный наружу, расходится раструбом и начинает расчищать завесу падающего вещества. Со временем звезда начинает выходить из центра окружающего ее молекулярного облака. В конце концов, поток, направленный наружу, полностью отделяет молодую солнечную систему от ее родительского центра — родилась новая звезда. В течение следующих нескольких миллионов лет эта новая солнечная система сохраняет свой околозвездный диск, в котором планеты медленно собираются в иноземные миры.

Несмотря на то, что новорожденные звезды светят очень ярко, изначально они не обладают нужной внутренней конфигурацией, которая позволила бы им генерировать энергию в процессе термоядерного превращения водорода в гелий. В начале своей жизни звезды извлекают большую часть своей энергии из гравитационного сжатия. Когда звезда сжимается, ее центр нагревается, в результате чего, в конце концов, начинается горение водорода. Начало непрерывных реакций ядерного синтеза знаменует собой завершение образования звезды.

Прямо здесь и прямо сейчас

По прошествии более десяти миллиардов лет, затраченных на образование галактик и звезд, мы попадаем в настоящий момент. Читая эти слова, вы сидите где-то на поверхности (или, быть может, около нее) планеты диаметром в восемь тысяч миль, которая вращается по орбите самой обычной звезды. Здесь полезно сделать паузу и окинуть критическим взглядом то, что нас окружает.

Интересную перспективу можно получить, пролетев над своим домом на самолете. Можно увидеть кусочек Земли, служащий средоточием вашей повседневной жизни. Каждый из нас очень близко знаком с той частью планеты, которая пересекается с нашими каждодневными делами: быть может, это неровное покрытие на каком-то отрезке шоссе, кора дерева на заднем дворе или тенистые бетонные «ущелья», зияющие между небоскребами. Пролетая над всем этим, можно увидеть, как эти личные микромиры встраиваются в общую поверхность Земли. Пригород сменяется полями, а скоростные магистрали, извиваясь, растворяются вдали. Этот взгляд с высоты птичьего полета наводит на мысль о масштабе Земли и подтверждает, что мы живем на поверхности гигантской сферы.

А теперь давайте совершим гигантский мысленный скачок. Вообразите, что вся Земля размером всего лишь с песчинку. Отдельная песчинка велика лишь настолько, что ее можно увидеть; большая песчинка велика лишь настолько, что ее едва можно пощупать. Это сжатие Земли до размера песчинки сродни уменьшению в сто миллиардов раз. В этом масштабе Солнце имеет размер десятицентовой монеты, а расстояние от Солнца до Земли равно примерно пяти футам. Венера и Меркурий — это еще две песчинки, расположенные между Землей и Солнцем. Юпитер имеет размер малой горошины и располагается на расстоянии двадцати шести футов от Земли. Плутон, самая удаленная планета нашей Солнечной системы, существует на расстоянии двухсот футов.

Далее, сделаем второй, более понятный скачок. Представьте, что Солнце размером с десятицентовую монету сжимается до размера песчинки. Земля, уменьшенная в то же количество раз, превращается в микроскопическую частицу, а ее орбита представляет собой окружность диаметром около одного дюйма. Расстояние до Плутона сокращается до двух футов. В этом масштабе ближайшая звездная система — содержащая Проксиму Центавра и Альфу Центавра А и В — находится на расстоянии двух миль. Звезды в Галактике подобны песчинкам, которые разделяет расстояние, исчисляемое милями. Вряд ли можно переборщить, говоря о крайней пустоте современной нам Галактики. И при этом Галактика в миллион раз плотнее Вселенной в целом.

В нашей Галактике содержится около ста миллиардов звезд. Если мы продолжим представлять, что каждая звезда имеет размер песчинки, то все звезды Галактики можно вместить в обычную коробку из под обуви. Однако звезды не толпятся рядом друг с другом. Чтобы лучше прочувствовать размер Галактики, нам следовало бы рассеять нашу коробку песка по расстоянию, отделяющему Землю от Луны. В самом деле, фотография Галактики может создать ошибочное впечатление. Сияющее и вращающееся звездное колесо на такой фотографии — это результат продолжительной экспозиции, полученной с помощью большого телескопа. На самом деле, галактики, даже самые близкие, типа туманности Андромеды, настолько тусклы, что их едва можно разглядеть на черном небе невооруженным глазом.

Совершив третье мысленное сжатие масштаба, мы можем обрести ощущение размера всей видимой Вселенной. Представьте, что наш галактический диск сдулся до размера обеденной тарелки. В таком масштабе туманность Андромеды имеет размер второй обеденной тарелки и находится в подвешенном состоянии в нескольких метрах от первой. Галактики распределяются во всех направлениях и иногда образуют скопления. Галактики и их скопления группируются, образуя нитевидные стены, окружающие скудно заселенные пустоты, размер которых достигает километра. Вся видимая Вселенная простирается на многие километры во всех направлениях. В настоящее время в видимой Вселенной содержится примерно столько галактик (от десяти до ста миллиардов), сколько в одной большой галактике насчитывается звезд. Таким образом, число звезд в видимой Вселенной аналогично числу песчинок в пустыне, изображенной на рисунке 8.

Рис 8. Количество песчинок на этой фотографии примерно равно числу звезд, лежащих в пределах всей нашей видимой Вселенной в текущую космологическую эпоху

Видимая Вселенная представляет собой пределы того, что мы можем наблюдать в настоящее время, но она не включает в себя весь космос. И хотя области, лежащие за пределами видимой Вселенной, слишком далеки, чтобы повлиять на нас, они все же существуют и, вероятно, содержат аналогичные типы звезд и галактик. По мере старения Вселенной наш космологический горизонт расширяется и видимая Вселенная увеличивается. Таким образом, с течением времени нашему взгляду открываются все большие просторы космоса.

Знакомство с кастой звездных объектов

Современная Вселенная кишит звездами, и в Галактике постоянно образуются все новые и новые звезды. Но далеко не всем газовым сферам уготована участь звезды. Истинные звезды ограничиваются довольно узким диапазоном масс от одной десятой массы Солнца до приблизительно ста солнечных масс (где выражение солнечная масса обозначает массу нашего Солнца).

Чтобы поддерживать термоядерные реакции, которые происходят в недрах звезд, газообразные небесные тела должны содержать, по крайней мере, восемь процентов массы Солнца. Эпоха звезд изобилует неудавшимися звездами, которые обычно называют коричневыми карликами; они слишком малы, чтобы генерировать ядерную энергию. Везде, где рождаются истинные звезды, также стремятся образоваться и коричневые карлики. Коллапс центра молекулярного облака, в результате которого они возникают, придает им тускло-красное сияние, и многие миллиарды лет они медленно остывают, в конечном итоге сливаясь с окружающей тьмой. Коричневые карлики эффективно хранят необработанное водородное топливо. Эта инвестиция принесет дивиденды, когда наступит эпоха распада. Тогда коричневые карлики превратятся в самые значительные хранилища водорода, вследствие чего непременно возрастет их цена.

На другом конце этого диапазона масс расположились звезды, масса которых более чем в сто раз превышает массу нашего Солнца, — они крайне неустойчивы. Как только образуется чрезвычайно массивная звезда, она неизбежно подвергается саморазрушению. Эта звезда либо генерирует так много энергии, что буквально разлетается на части, либо под действием собственного веса подвергается катастрофическому коллапсу и превращается в черную дыру.