09.03.2011, 20:03:19 lenta.ru

Вселенские экстремалы

Самые выдающиеся космические объекты

Наверняка каждый хоть раз в жизни натыкался на очередной список природных чудес, в котором перечислены самая высокая гора, самая длинная река, самый сухой и самый влажный регионы Земли и так далее. Подобные рекорды впечатляют, но они совершенно теряются, если сопоставить их с космическими рекордами. Представляем вам пять "самых-самых" космических объектов и явлений, описанных журналом New Scientist.

Самые холодные

Все знают, что в космосе очень холодно – однако в действительности это утверждение неверно. Понятие температуры имеет смысл только при наличии вещества, а космос – это практически пустое пространство (звезды, галактики и даже пыль занимают очень незначительный его объем). Поэтому когда исследователи говорят, что температура космического пространства составляет около 3 кельвинов (минус 270,15 градуса Цельсия), речь идет о среднем значении для так называемого микроволнового фонового, или реликтового излучения - излучения, сохранившегося со времен Большого взрыва.

И, тем не менее, в космосе присутствует множество очень холодных объектов. Например, газ в туманности Бумеранг, удаленной от Солнечной системы на расстояние 5 тысяч световых лет, имеет температуру всего один кельвин (минус 272,15 градуса Цельсия). Туманность очень быстро расширяется – составляющий ее газ движется со скоростью примерно 164 километров в секунду, и этот процесс приводит к ее охлаждению. В настоящее время туманность Бумеранг - единственный известный ученым объект, температура которого ниже температуры реликтового излучения.

В Солнечной системе тоже есть свои рекордсмены. В 2009 году аппарат NASA под названием Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) нашел самую холодную точку в окрестностях нашей звезды - оказалось, что экстремально морозное место Солнечной системы находится совсем рядом с Землей в одном из затененных лунных кратеров. По сравнению с холодом туманности Бумеранг 33 кельвина (минус 240,15 градусов Цельсия) не кажутся столь уж выдающимся значением, однако если вспомнить, что самая низкая температура из зарегистрированных на Земле, - это всего минус 89,2 градуса Цельсия (этот рекорд был зафиксирован на антарктической станции "Восток"), то отношение немного меняется. Не исключено, что по мере дальнейшего изучения Луны будет найден новый полюс холода.

Если включить в понятие "космические объекты" аппараты, созданные людьми, то в этом случае первое место в списке самых холодных объектов следует отдать орбитальной обсерватории "Планк", точнее, ее детекторам. При помощи жидкого гелия они охлаждаются до невероятных 0,1 кельвина (минус 273,05 градуса Цельсия). Экстремально холодные детекторы нужны "Планку" для того, чтобы изучать то самое реликтовое излучение - если приборы будут теплее космического "фона", то они просто не смогут "засечь" его.

Самые горячие

Теплые температурные рекорды впечатляют куда больше холодных - если в сторону минуса разбежаться можно только до нуля кельвинов (минус 273,15 градуса Цельсия, или абсолютный ноль), то в направлении плюса простора куда больше. Так, только поверхность нашего Солнца - рядового желтого карлика - разогревается до 5,8 тысячи кельвинов (с позволения читателей, в дальнейшем шкала Цельсия будет опускаться, так как "лишние" 273,15 градуса в итоговой цифре не изменят общую картину).

 

Сириус B (небольшое пятнышко в левой нижней части рисунка) - типичный белый карлик. Изображение NASA, ESA, H. Bond (STScI) and M. Barstow (University of Leicester)

Поверхность голубых сверхгигантов - молодых, экстремально горячих и ярких звезд - на порядок теплее поверхности Солнца: в среднем их температура колеблется от 30 до 50 тысяч кельвинов. Голубые сверхгиганты, в свою очередь, далеко отстают от белых карликов - небольших очень плотных звезд, в которые, как считается, эволюционируют светила, чьей массы недостаточно для образования сверхновой. Температура этих объектов достигает 200 тысяч кельвинов. Звезды класса сверхгигантов - одни из самых массивных во Вселенной с массой до 70 солнечных, могут разогреваться до миллиарда кельвинов, а теоретический температурный предел для звезд составляет около шести миллиардов кельвинов.

Тем не менее, и это значение не является абсолютным рекордом. Сверхновые - звезды, заканчивающие свою жизнь взрывным процессом, могут ненадолго превышать его. Например, в 1987 году астрономы зарегистрировали сверхновую в Большом Магеллановом облаке - скромных размеров галактике, расположенной по соседству с Млечным Путем. Изучение испущенных сверхновой нейтрино показало, что в ее "внутренностях" температура составляла около 200 миллиардов кельвинов.

Те же самые сверхновые могут порождать и куда более горячие объекты - а именно, гамма-всплески. Этим термином обозначают выбросы гамма-излучения, происходящие в отдаленных галактиках. Считается, что гамма-всплеск связан с превращением звезды в черную дыру (хотя детали этого процесса до сих пор неясны) и может сопровождаться разогревом материи до триллиона кельвинов (триллион – это 10¹²).

Но и это еще не предел. В конце 2010 года во время экспериментов по столкновению ионов свинца в Большом адроном коллайдере была зафиксирована температура в несколько триллионов кельвинов. Опыты на БАК призваны воссоздать условия, существовавшие спустя несколько мгновений после Большого взрыва, так что косвенно этот рекорд тоже можно считать космическим. Что касается собственно зарождения Вселенной, то, согласно существующим физическим гипотезам, температура в этот момент должна была записываться как единица с 32 нулями.

Самые яркие

Единицей измерения яркости в СИ является нит - так, яркость обычного ЖК-монитора составляет от 200 до 300 нитов. Для определения яркости космических объектов использовать ниты неудобно – астрономы пользуются так называемой звездной величиной (безразмерной единицей, характеризующей количество квантов света, дошедшее от звезды до детекторов прибора). В этом обзоре для наглядности за единицу яркости будет принята яркость Солнца, равная примерно миллиарду нитов.

 

Сравнение размеров различных звезд. Желтым показано Солнце, а темно-синим - R136a1. Изображение ESO/M. Kornmesser

Невооруженным взглядом на небе можно рассмотреть звезду по имени Альнилам, или Эпсилон Ориона. Этот голубой сверхгигант, удаленный от Земли на 1,3 тысячи световых лет, в 400 тысяч раз ярче Солнца. Яркая голубая переменная звезда Эта Киля обгоняет наше светило по яркости в пять миллионов раз. Масса Эты Киля составляет 100-150 солнечных масс, и долгое время эта звезда была одной из самых тяжелых среди известных астрономам. Однако в 2010 году в звездном скоплении RMC 136a было обнаружено еще более массивное светило - если положить звезду RMC 136a1 на воображаемую чашу весов, то для того, чтобы уравновесить ее, потребуется 265 Солнц. Яркость новооткрытого "здоровяка" сравнима с яркостью девяти миллионов Солнц.

Как и в случае с температурными достижениями, верхние строчки в списке рекордов яркости занимают сверхновые. Затмить самую яркую из них - объект под названием SN 2005ap - смогут девять миллионов Солнц (точнее, хотя бы девять миллионов и одно).

Но абсолютные победители в этой номинации - гамма-всплески. Средний всплеск кратковременно "пыхает" с яркостью, равной яркости 10¹⁸ Солнц. Если же говорить о стабильных источниках яркого излучения, то на первом месте окажутся квазары – активные ядра некоторых галактик, представляющие собой черную дыру с падающей на нее материей. Разогреваясь, вещество испускает излучение яркостью более 30 триллионов Солнц.

Самые быстрые

Все космические объекты движутся друг относительно друга с головокружительной скоростью из-за расширения Вселенной. Согласно наиболее общепринятой на сегодня оценке, две произвольные галактики, находящиеся на расстоянии 100 мегапарсек, удаляются от Земли со скоростью 7-8 тысяч километров в секунду.

 

Технический специалист рядом с Helios-2. Фото NASA/Max Planck

Но даже если не учитывать всеобщего разбегания, небесные тела очень быстро проносятся друг мимо друга – например, Земля обращается вокруг Солнца со скоростью около 30 километров в секунду, а орбитальная скорость самой быстрой планеты Солнечной системы Меркурия составляет 48 километров в секунду.

В 1976 году созданный людьми аппарат Helios 2 переплюнул Меркурий и достиг скорости движения 70 километров в секунду (для сравнения, "Вояджер-1", который недавно добрался до границ Солнечной системы, движется со скоростью всего 17 километров в секунду). И планетам Солнечной системы и исследовательским зондам далеко до комет - они проносятся мимо звезды со скоростью около 600 километров в секунду.

Средняя звезда в галактике движется относительно галактического центра со скоростью около 100 километров в секунду, но существуют звезды, которые перемещаются по своему космическому дому в десять раз быстрее. Сверхбыстрые светила нередко разгоняются достаточно для того, чтобы преодолеть гравитационное притяжение галактики и отправиться в самостоятельное путешествие по Вселенной. Необычные звезды составляют очень незначительную часть ото всех звезд - например, в Млечном Пути их доля не превышает 0,000001 процента.

Неплохую скорость развивают пульсары - вращающиеся нейтронные звезды, которые остаются после коллапса "обычных" светил. Эти объекты могут за секунду совершать до тысячи оборотов вокруг своей оси - если бы на поверхности пульсара мог находиться наблюдатель, то он бы двигался со скоростью до 20 процентов скорости света. А вблизи вращающихся черных дыр самые разнообразные объекты могут разгоняться практически до скорости света.

Самые большие

О размерах космических объектов имеет смысл говорить не вообще, а разбив их на категории. Например, самой большой планетой в Солнечной системе является Юпитер, однако по сравнению с самыми крупными из известных астрономам планет этот газовый гигант кажется малышом, ну или, по крайней мере, подростком. Например, диаметр планеты TrES-4 в 1,8 раза больше диаметра Юпитера. При этом масса TrES-4 составляет только 88 процентов массы газового гиганта Солнечной системы - то есть, плотность странной планеты меньше плотности пробки.

Но TrES-4 занимает только второе место по размеру среди открытых к сегодняшнему дню планет (всего их известно уже 1235) - чемпионом считается WASP-17b. Ее диаметр почти вдвое больше диаметра Юпитера, а масса при этом дотягивает только до половины юпитерианской. Пока ученые не знают, каков химических состав таких "вздутых" планет.

Крупнейшей звездой считается светило с именем VY Большого Пса. Диаметр этого красного сверхгиганта составляет около трех миллиардов километров – если выкладывать вдоль диаметра VY Большого Пса Солнца, то их уместится от 1,8 тысяч до 2,1 тысячи штук.

Самыми большими галактиками считаются эллиптические звездные скопления. Большинство астрономов полагают, что такие галактики образуются при столкновении двух спиральных звездных скоплений, однако буквально на днях появилась работа, авторы которой предложили иной возможный механизм роста. Но пока звание крупнейшей галактики остается за объектом IC 1101, который относится к классу линзовидных галактик (промежуточный вариант между эллиптическими и спиральными). Чтобы преодолеть расстояние от одного края IC 1101 до другого вдоль длинной оси, свету приходится путешествовать целых шесть миллионов лет. Млечный Путь он пробегает в 60 раз быстрее.

Размер самых больших пустот космоса - регионов между галактическими скоплениями, в которых практически нет никаких небесных тел, намного превосходит размеры любых объектов. Так, в 2009 году было найдено такое пустое место диаметром около 3,5 миллиарда световых лет.

По сравнению со всеми этими гигантами размер самого крупного из созданных человеком космических объектов кажется совсем уж незначительным - длина, а точнее ширина Международной космической станции составляет всего 109 метров.