Лучший портрет лучшего звездного роддома Млечного Пути

В ноябре 1833 года британский астроном Джон Гершель покинул Англию, где завоевал почет и славу его более знаменитый отец Уильям Гершель, и отправился в Южную Африку наблюдать плохо исследованное небо южного полушария. Следующие пять лет Джон и его супруга Маргарет провели в собственной обсерватории на мысе Доброй Надежды, где без устали наблюдали и описывали космические объекты.

Звездное пятно за занавесом пыли

Одним из попавших в зону внимания Гершелей жителей Вселенной стало мутное желтоватое скопление звезд, затерявшееся в гуще Млечного Пути. Правда, объект, получивший позднее номер 3603 в Новом общем каталоге (англ. New General Catalogue, NGC) Йохана Дрейера, особого внимания астрономов не привлекал. Пока не оказался в поле зрения нескольких радиотелескопов, которые, подобно Гершелю, но более века спустя, каталогизировали интересные небесные объекты южного неба в радиодиапазоне.

NGC3603 оказался мощным источником радиоизлучения. И, как показали подробные наблюдения, это излучение было тепловым. В отличие от видимого света, радиоволны легко проникают сквозь облака газа и пыли, поглощение света в которых и сделало NGC3603 таким невзрачным в оптике. Как затем выяснилось при детальных исследованиях скопления в оптическом и инфракрасном диапазонах, NGC3603 – одно из самых массивных, самых плотных и самых молодых рассеянных звездных скоплений.

Расстояние до NGC3603 – около 22 тысяч световых лет. Оно находится в удаленном рукаве нашей спиральной Галактики в направлении созвездия Киля. Размер скопления – примерно 20 световых лет, а его возраст не превышает одного-двух миллионов лет. В среду Южная европейская обсерватория опубликовала превосходный снимок этого объекта, полученный с помощью одного из четырех «близнецов» телескопа VLT (англ. Very Large Telescope – очень большой телескоп) на холме Параналь в Чили.

Толще, ярче и быстрей

Когда по Африке ходили первые представители человеческого рода, огромное облако молекулярного газа и пыли в спиральном рукаве Киля, наконец, созрело для рождения звезд и стало сжиматься под действием собственной гравитации. Десятки и сотни тысяч солнечных масс газа начали распадаться на отдельные сгустки, из которых в конечном итоге появились звезды.

Процесс не закончен – в окрестностях NGC3603 все еще остаются сотни зародышей, которые продолжают сжиматься. Звездный роддом продолжает работать, и в ближайшие тысячелетия здесь зажжется множество звезд. Однако еще более примечательно, что все звезды, которые здесь родились, до сих пор светят. И это редкая удача.

У звезд, как и у людей среднего возраста, лишний вес отрицательно влияет на продолжительность жизни. Только в звездном масштабе эффект выражен несравнимо сильнее. Это от людской жизни лишний вес может отнять лишь несколько процентов. Продолжительность жизни звезд в зависимости от ее массы может меняться на порядки. Звезды вроде Солнца живут около десяти миллиардов лет, но ни одно из светил нашего неба с массой больше десяти масс Солнца динозавры, к примеру, видеть не могли – 65 миллионов лет такие объекты просто не живут.

Время жизни звезды определяется запасом водорода в ее центре и скоростью, с которой этот термоядерный реактор превращает водород в гелий, а потом более тяжелые элементы в еще более тяжелые. Запас топлива пропорционален массе, но скорость реакций растет гораздо быстрее, и потому самые массивные светила проживают очень короткую, но безумно яркую жизнь, высвечивая весь свой ядерный запас за несколько миллионов лет.

Самая тяжелая звезда

Именно такие звезды и видны в NGC3603. Одна из них, знаменитый голубой сверхгигант Sher 25, недавно даже извергла часть своей оболочки ровно так же, как знаменитая сверхновая 1987 года в Большом Магеллановом облаке. Астрономы полагают, что Sher 25 и другие голубые сверхгиганты скопления – лучшие кандидаты на роль будущих сверхновых в нашей Галактике (правда, не самого яркого типа Ia, а других подклассов).

И здесь же, в NGC3603 находится самая массивная из всех «взвешенных» на сегодняшний день звезд нашей Галактики. Это главный компонент затменно-переменной звезды NGC3603-A1, массу которого ученые оценивают в 115 масс Солнца (или около того -- неопределенность этого значения около 25%). Второе место в рейтинге самых тяжелых звезд известной массы занимает напарник чемпиона. Его массу ученые оценивают примерно в 90 масс Солнца. Оба кружатся вокруг общего центра масс, затмевая друг друга каждые три дня 18 часов и 28 минут. Затмения, кстати, стали ключом к определению массы, так как они фиксируют угол между орбитой и лучом зрения, без чего перевести наблюдаемую скорость вращения по орбите в массу невозможно.

Обе компоненты NGC3603-A1 являются так называемыми звездами Вольфа-Райе – невероятно горячими светилами, которые яростно теряют массу в виде звездного ветра. Этот поток столь силен (в миллиарды раз интенсивнее солнечного ветра), что через прохудившиеся внешние слои звезды уже проглядывает ее горячее ядро, обогащенное тяжелыми элементами, синтезированными в ходе ядерных реакций. Во всей Галактике звезд Вольфа-Райе известно всего несколько сотен – что, впрочем, неудивительно, учитывая, насколько редко они рождаются и как быстро умирают.

Вершина с айсбергом

Объекты вроде NGC3603 очень важны для современной астрономии, поскольку позволяют в деталях изучать подробности «вспышечного», почти взрывообразного звездообразования. Это скопление в 20 с лишним тысячах световых лет от нас – ближайший пример такого явления, и затрагивает лишь крохотную долю нашей звездной системы. Между тем, вглядываясь в прошлое нашей Вселенной, астрономы видят целые галактики, охваченные подобными процессами – объекты, которые гораздо меньше Млечного Пути, а звезд производят в сотни раз больше.

Поскольку на большом расстоянии видно лишь самые яркие светила, которые вносят основной вклад в светимость звездного населения и лишь маленький – в его массу, астрономы долгое время не были уверены, есть ли в таких системах мелкие звезды вообще. Иначе говоря, не переоцениваем ли мы скорость рождения звезд по этой видимой «вершине айсберга». Может быть, тут «одна вершина и никакого айсберга», как охарактеризовал бывший премьер-министр Австралии Пол Китинг одного из своих политических оппонентов?

Как показали наблюдения относительно близкого NGC3603, мелкие звезды в таких условиях действительно формируются. Так что скорость рождения звезд в далеких галактиках и вправду так велика, как показывают расчеты на основе наблюдаемой светимости. Что провоцирует такие вспышки, пока до конца не ясно, и история образования звезд в галактиках самых разных типов остается одним из самых интересных вопросов, занимающих сегодня астрономов.