Главная страница
qrcode

Альманах - Космос. C I e n t I f I c a m e r I c a n the в мире науkи moscow 2006 в мирен ау к ик осмос альманахраздел 1 Вселенная Раздел 2 Галактики Раздел 3 Звезды Раздел 4 Планеты москва редакция журнала в мире науки представляет читателям сборник статей


Скачать 11.93 Mb.
НазваниеC I e n t I f I c a m e r I c a n the в мире науkи moscow 2006 в мирен ау к ик осмос альманахраздел 1 Вселенная Раздел 2 Галактики Раздел 3 Звезды Раздел 4 Планеты москва редакция журнала в мире науки представляет читателям сборник статей
АнкорАльманах - Космос.pdf
Дата14.12.2017
Размер11.93 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаAlmanakh_-_Kosmos.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипСборник статей
#51569
страница17 из 36
Каталогid50384802

С этим файлом связано 45 файл(ов). Среди них: и ещё 35 файл(а).
Показать все связанные файлы
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   36
Становимся голубыми
В шаровом скоплении звезды, рожденные в результате слияния, стоят несколько особняком.
Все прочие члены скопления образовались примерно водно и тоже время, а затем их температуры и яркости закономерно изменялись. Однако звезда, образовавшаяся в результате слияния,
выпадает из общего синхронизма. Она выглядит неестественно молодой, сохранившейся, тогда,
как другие звезды такой же яркости и такого же цвета уже сошли со сцены. Их существование
А ль м ан ах КОСМОС КОГДА ЗВЕЗДЫ СТАЛКИВАЮТСЯ
98
Г А ЛАК ТИК ИМ ай кл Шара Взаимодействие звезд друг с другом – увлекательная тема, время от времени привлекающая пристальное внимание астрофизиков. Впервые это случилось вначале ХХ века, когда развитие теории приливов привело Джеймса Джинса к оригинальной идее о рождении нашей планетной системы в результате касательного столкновения Солнца с другой звездой. Предполагалось, что при этом между Солнцем и налетевшей звездой формируется приливная перемычка, часть вещества которой выходит на орбиту вокруг Солнца и образует планетную систему. В том виде, как предложил Джинс, теория не подтвердилась в окрестностях Солнца тесные сближения звезд невероятно редки, да и случись такое сближение, выброшенное звездами вещество, как показали расчеты, рассеялось бы, не образуя планет.
Тем не менее идея Джинса обрела в наши дни второе дыхание. Оказалось, что звезды галактического диска, подобные нашему Солнцу, могут испытывать тесные сближения в период своей ранней молодости. Формирование звезд происходит в очень плотных ядрах гигантских межзвездных газовых облаков. Вскоре после своего рождения звезды своим излучением разрушают эти коконы и покидают их,
но до этого многие из них успевают сблизиться друг с другом и оставить о себе память. Например, разрушить внешнюю часть или изменить ориентацию протопланетного диска, окружающего звезду. Вполне вероятно, что наклон плоскости нашей планетной системы к экватору вращения Солнца (около 7°) как раз память о таком событии.
Второй раз астрономы заинтересовались случайными сближениями звезд в конце х гг., когда Виктор Амазаспович Амбарцумян (СССР, Лай+
ман Спитцер и Субраманьян Чандрасекар (США)
доказали, что обмен энергией между звездами в процессе их сближения служит главным механизмом эволюции звездных скоплений. Идея пришла из кинетической теории газа подобно сталкивающимся молекулам, сближающиеся звезды своим притяжением резко и непредсказуемо изменяют траектории друг друга, а вместе с этими энергию своего движения. Те из звезд, которые немного притормозили, опускаются к центру скопления, а те, что разогнались, – уходят на периферию скопления или вообще покидают его.
Этот процесс, напоминающий испарение молекул из блюдца с водой, в мире звезд приводит к своеобразным последствиям. Например, испарение жидкости вызывает охлаждение оставшейся в блюдце воды, а испарение звезд ведет к разогреву скопления. Дело в том, что большую часть жизни звездное скопление проводит в уединении, и его можно считать изолированным.
Не имея внешнего источника энергии, такое скопление вынуждено пользоваться внутренним источником, те. собственным гравитационным полем. Когда горячие звезды покидают скопление,
оставшиеся, более холодные (те. медленно движущиеся) светила немного приближаются к центру скопления. И за счет этого «разогреваются»
(разгоняются). В результате скопление, теряя звезды, не только сохраняет, но даже несколько увеличивает свою температуру, отчего темп потери звезд из скопления возрастает еще сильнее.
Поэтому к концу жизни эволюция звездного скопления ускоряется жизненные процессы в нем не замедляются, а, напротив, усиливаются.
Используя мощные компьютеры, астрономы обнаруживают новые аспекты простого на первый взгляд процесса испарения звезд. Выяснилось, например,
что вызванное потерей звезд сжатие скопления происходит неравномерно ядро сжимается быстрее периферии. Когда перепад плотности между ядром и оболочкой скопления достигает критического Альманах КОСМОС в ядрах плотных звездных скоплений – одно из самых замечательных предсказаний теории столкновений звезд.
Еще вначале х Аллан Сендидж из Вашингтонского института Карнеги обнаружил в шаровых скоплениях аномально горячие и яркие звезды, которые стали называть голубыми бродягами (blue stragglers). За многие годы ученые предложили более десятка теорий происхождения этих звезд. Однако лишь в прошлом десятилетии наблюдения с помощью космического телескопа «Хаббл» дали убедительные свидетельства их связи с соударениями звезд.
В 1991 г. Франческо Пареше (Francesco Джордж Мейлан (George Meylan) и я, работая в Институте космического телескопа, обнаружили, что центр шарового звездного скопления Тукана переполнен голубыми бродягами. А именно здесь, согласно теории соударений, они должны существовать в наибольшем количестве.
Шестью годами позже Дэвид Зурек (David из Института космического телескопа, Рекс Саф+
фер (Rex A. Saffer) из Университета в Вильянуэва и я провели первое прямое измерение массы голубого бродяги. Она оказалась вдвое больше массы наиболее массивных нормальных звезд в скоплении, как и ожидалось в случае, если эта звезда образовалась в результате соударения двух звезд.
Саффер с коллегами обнаружили еще одного голубого бродягу, масса которого оказалась втрое больше массы обычных звезд скопления. Иной возможности образования столь массивного объекта в данной среде, кроме слияния в результате соударения, астрономы не знают.
Сейчас мы измеряем массы и моменты количества движения десятков голубых бродяг. Тем временем наблюдатели ищут другие предсказанные эффекты соударений. Так, Джордж Джорговски
(S. George Djorgovski) из Калифорнийского технологического института и его коллеги обнаружили явную нехватку красных гигантов вблизи ядер шаровых звездных скоплений. Поперечные сечения у красных гигантов в тысячи раз больше,
чем у Солнца, поэтому эти огромные мишени при соударениях теряют внешние оболочки и переходят в другой класс.
Разумеется, все это косвенные свидетельства.
Среднее время между столкновениями в 150 шаровых звездных скоплениях в нашей Галактике около 10 тыс. лет. В остальной ее части оно измеряется миллиардами лет. Чтобы астрономы при нынешнем уровне развития техники могли непосредственно наблюдать столкновение, оно должно произойти на расстоянии не более нескольких миллионов световых лет. В ближайшее время наблюдения за столкновениями звезд начнутся в гравитационно+волновых обсерваториях. Близкие взаимодействия между объектами с массами,
соответствующими массам звезд, должны вызывать искажения континуума пространства+вре+
мени. Сигнал должен быть особенно сильным при столкновении черных дыр или нейтронных звезд. Огромные выбросы энергии, возможно,
приводят к уже наблюдавшимся вспышкам гам+
ма+излучения.
Компьютерное моделирование показывает,
что эволюция звездных скоплений в большой степени управляется тесными двойными системами, которые обмениваются энергией и моментом количества движения совсем звездным скоплением в целом. Поскольку близкие взаимодействия одну за другой выбрасывают звезды за пределы скопления, оно может вообще исчезнуть. Пит Хат (Piet Hut) из Института передовых исследований в Принстоне и Элисон Силлз
(Alison Sills) из Университета Макмастера в Онтарио утверждают, что звездная динамика и эволюция звезд влияют друг на друга посредством слабой обратной связи.
Интересны судьбы планет, чьи звезды испытали близкое взаимодействие. Численные расчеты
Джэррода Харли (Jarrod R. Harley) из Американского музея естественной истории показали, что планеты часто поглощаются породившей их звездой или одной из сестер+планет. Они могут пуститься в дрейф по звездному скоплению или даже оказаться выброшенными за его пределы. Наблюдения Рона Гиллиланда (Ron Gilliland) и сотрудников из Института космического телескопа,
выполненные с помощью телескопа «Хаббл», показали, что у звезд из ближайшего звездного скопления нет планет, близких по размеру к Юпитеру,
хотя причина этого остается пока не вполне по+
нятной.
Действительно, поразительны успехи в изучении столкновений звезд. Ранее одна мысль о такой возможности казалась нелепой, сегодня изучение этих столкновений стало одним из основных направлений астрофизики. Мнимое спокойствие ночного неба скрывает за собой Вселенную почти невообразимой разрушительной мощи, в разных местах которой ежечасно сталкиваются тысячи пар звезд. Современные возможности позволят наблюдать такие столкновения. Мы станем очевидцами насильственной гибели одних и возрождения в процессе столкновения других подобно
Фениксу. В мире науки, №3, ГАЛАКТИК ИМ ай кл Шара bГДЕ СТАЛКИВАЮТСЯ ЗВЕЗДЫ
Владимир СУРДИН
Рис. 1. Приливный захват звезд в двойную систему.
Сближение двух звезд без учета приливного эффекта заканчивается их разлетом (а. Нос учетом приливного взаимодействия траектория искажается и становится замкнутой звезды образуют двойную систему (б. Для простоты одна из звезд изображена здесь неподвижной и абсолютно жесткой, недеформируемой.

В
течение последних 14 млрд. лет космическое строительство постепенно перемещается от крупных галактик к мелким. В течение первой половины жизни Вселенной в гигантских галактиках сформировалось огромное количество звезд и сверхмассивных черных дыр, которые дают энергию ярким квазарам. Во второй половине жизни активность гигантских галактик снизилась, но формирование звезд и черных дыр продолжалось в галактиках среднего размера, таких как наш Млечный Путь. В будущем основными участками космической активности станут карликовые галактики, каждая из которых содержит лишь несколько миллионов звезд.
До недавних пор большинство астрономов предполагали, что Вселенная вступила в свой весьма скучный средний возраст. Считалось, что ранняя история Вселенной (приблизительно до 6 млрд.
лет после Большого взрыва) была эпохой космического фейерверка галактики сталкивались и сливались, огромные черные дыры всасывали стремительные водовороты газа, рождалось большое количество звезд. Нов течение следующих
8 млрд. лет слияние галактик стало ослабевать,
гигантские черные дыры успокоились, и формирование звезд замедлилось. Многие астрономы были убеждены, что приходит конец космической истории ив будущем нас ждет бесконечное расширение спокойной и стареющей Вселенной.
Но наблюдения последних лет показали, что сообщения о кончине Вселенной преувеличены.
Благодаря новым космическим обсерваториями оснащению наземных телескопов современными приборами астрономы обнаружили, что близкие к нам галактики были очень активны в недавнем прошлом. (Поскольку свет от более далеких галактик идет до нас дольше, мы наблюдаем их на более ранней стадии развития) Рентгеновское излучение ядер относительно близких к нам галактик показало, что там скрыты чрезвычайно массивные черные дыры, все еще пожирающие окружающий газ и пыль. А при более детальном изучении света, испущенного галактиками различного возраста, выяснилось, что темп формирования звезд не уменьшается так быстро, как считалось раньше.
Стало ясно, что в ранней Вселенной доминировали немногие гигантские галактики, содержащие колоссальные черные дыры и демонстрировавшие вспышки звездообразования. В современной же Вселенной формирование звезд и аккреция вещества на черные дыры происходит повсеместно, в том числе и во множестве средних и малых галактик. Глубокие снимки

Чтобы восстановить историю Вселенной, астрономы сначала должны понять смысл того поразительного разнообразия объектов, которое они наблюдают. Наши самые точные оптические представления о Вселенной появились благодаря работе космического телескопа «Хаббл». На глубоких снимках двух крошечных участков неба, полученных аппаратом с десятисуточной экспозицией через четыре цветных фильтра, ученые обнаружили тысячи далеких галактик, наиболее старая из которых образовалась спустя всего 1 млрд лет после Большого взрыва. А на самых последних сверхглубоких снимках «Хаббла» видимость еще лучше. Астрономы хотят узнать, как самые старые и далекие объекты превратились в современные галактики. Понять связь настоящего с прошлым – одна из основных задач современной астрономии.
А ль м ан ах КОСМОС значения, то, как доказал еще в 1962 г. ленинградский астроном Вадим Анатольевич Антонов, начинается «гравитермическая катастрофа – быстрое сжатие ядра. Но остается неясным, к чему она приводит.
С одной стороны, при сжатии ядра скопления сближение звезд в нем становится все более тесным,
вплоть до физических столкновений и взаимного слияния светил. Значит ли это, что в центре скопления должен образоваться конгломерат из слипшихся звезд – некая сверхзвезда Если да, то какова ее судьба В 2002 г. в ядрах двух крупных звездных скоплений были обнаружены признаки очень массивных черных дыр не результат ли слияния звезд?
Но, с другой стороны, тесные сближения звезд приводят к формированию компактных двойных систем. Происходит это как в результате приливного захвата рис. 1)
, таки при тройных сближениях звезд рис. 2)
. А последующее взаимодействие двойной звезды с одиночными происходит весьма своеобразно. Например, встретив массивную звезду, члены звездной пары производят обмен массивная звезда входит в пару, а более легкая звезда стремительно покидает ее. Если встречаются две звездные пары, то более компактная становится еще компактнее, а более рыхлая теряет свою связанность и даже может разрушиться (как заметил один астроном И здесь богатые становятся богаче, а бедные – беднее. Результат взаимодействия двойных и одиночных звезд – более интенсивное их движение, разогрев ядра скопления и возможная остановка его сжатия. Как видим, конкурирующие процессы в каждом конкретном скоплении могут по+разному решить судьбу их ядер. В этой области предстоит еще немало исследований.
Наконец, третий класс объектов, для которого оказались важны столкновения звезд, – это активные ядра галактик. После открытия вначале х гг.
наиболее мощных из них – квазаров – было предложено несколько механизмов выделения их колоссальной энергии. Среди прочего рассматривались и столкновения звездно на первое место быстро вышли сверхмассивные черные дыры, и к остальным механизмам теоретики потеряли интерес. Однако по мере накопления данных наблюдений стало ясно, что кроме сверхмощных и редких квазаров во Вселенной немало и других типов активных ядер галактик, не столь мощных,
но от этого не менее интересных. Оказалось, что в ядрах так называемых сейфертовских галактик столкновения и слияния звезд весьма важны. Как показал автор этой статьи, там часто происходят последовательные слияния нескольких звезд, доводящие массу конгломерата до такого значения,
при котором возможна вспышка сверхновой – гигантский взрыв, практически разрушающий звезду и весьма точно имитирующий свойства ядер сейфертовских галактик. Будущие исследования,
несомненно, выявят и другие места во Вселенной,
где ключевую роль играют столкновения звезд. В мире науки, №3, ГАЛАКТИК ИВ ладим и р Сурдин Рис. 2. Тройное сближение с образованием двойной

системы. В барицентрической системе координат показано движение трех звезд одинаковой массы. После их тесного сближения (в районе начала координат) звезды и 2 образуют связанную систему, а звезда 3 быстро удаляется от них.
КОСМОС: КРИЗИС СРЕДНЕГО ВОЗРАСТА
Эми Баджер
Во Вселенной все еще рождаются звезды и черные дыры.
ОБЗОР:
СРЕДНИЙ ВОЗРАСТ

Ранняя история Вселенной была бурной эпохой, отмеченной столкновениями галактик, мощными вспышками формирования звезд и рождением массивных черных дыр. Благодаря спаду космической активности многие астрономы поверили, что славные дни Вселенной ушли в прошлое.

В последние годы ученые обнаружили черные дыры,
все еще активно пожирающие газ во многих близких к нам галактиках. Наблюдения также показали, что формирование звезд не заканчивалось так быстро, как думали раньше.

В ранней Вселенной доминировало небольшое число гигантских галактик, теперь активными стали более мелкие из них
красное смещение достаточно велико, то галактика не будет видна в ультрафиолетовом диапазоне,
а если оно еще больше, то галактике не суждено быть обнаруженной ив зеленом диапазоне.
Таким методом Кювье и Лилли смогли разделить галактики со звездообразованием на широкие интервалы по красному смещению, грубо указывающие их возраст. В 1996 г. Чарльз Стейдел
(Charles C. Steidel) из Калифорнийского технологического института и его сотрудники использовали данный метод, чтобы выделить сотни древних галактик с формирующимися звездами и красным смещением около 3, тес возрастом около 2 млрд. лет после Большого взрыва. Контрольные спектры некоторых из этих галактик,
полученные с помощью мощнейшего десятиметрового телескопа «Кек» на Мауна-Кеа (Гавайи),
подтвердили, что большинство из них действительно имеет такое красное смещение.
Как только красное смещение галактик измерено, можно приступать к реконструкции истории звездообразования. Из наблюдений ближайших галактик известно, что за определенное время на свет появляется небольшое число массивных и множество маломассивных звезд. На каждые
20 звезд, подобных Солнцу, рождается одна звезда с массой враз больше солнечной.
Массивные звезды излучают ультрафиолетовый и голубой свет, тогда как звезды малой массы желтый и красный. Если красное смещение далекой галактики известно, астрономы могут определить ее истинный спектр (в ее собственной системе отсчета. Тогда, измерив полное ультрафиолетовое излучение галактики, исследователи могут оценить количество массивных звезд, которые живут всего лишь несколько десятков миллионов лет краткий миг по галактическим стандартам. Если темп звездообразования замедляется, количество массивных звезд быстро снижается, поскольку они умирают вскоре после своего рождения. В нашей Галактике, вполне рядовой современной спиральной системе, количество наблюдаемых массивных светил указывает на то, что звезды формируются со скоростью нескольких солнечных масс в год. Однако в галактиках с большим красным смещением темп рождения звезд враз выше.
Когда Кювье и Лилли вычислили скорости формирования звезд во всех наблюдавшихся ими галактиках, они пришли к поразительному выводу,
что во Вселенной произошел поистинне демографический взрыв при красном смещении около В 1996 г. Пьеро Мадау (Piero Madau) из Калифорнийского университета в Санта-Крус применил метод, предложенный Кювье и Лили, к анализу данных глубокого северного снимка, полученного
«Хабблом». Данные оказались идеальными для такого исследования из-за очень точного измерения интенсивности в четырех диапазонах спектра.
Чтобы уточнить историю формирования звезд во Вселенной, Мадау объединил свои результаты с полученными из оптических наблюдений для низких красных смещений. Он обнаружил, что интенсивность формирования звезд достигала максимума, когда возраст Вселенной был приблизительно 4–6 млрд. лет. Такой результат привел многих астрономов к заключению, что лучшие дни Вселенной давно миновали.
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   36

перейти в каталог файлов


связь с админом