Радиоизлучение погибших светил позволило заглянуть внутрь "звёздного шара"
Международная группа астрономов сумела выяснить, как выглядит шаровое скопление изнутри. В этом ей помогли природные радиомаяки – пульсары.
"Очень хочется заглянуть, но нельзя". Этот принцип относится не только к женским раздевалкам, но и к скоплениям звёзд в нашей Галактике.
Звёзды как люди – любят собираться в компании. Эти компании называются скоплениями и делятся на две группы: рассеянные и шаровые. Эти два класса мало похожи друг на друга. Рассеянные скопления не имеют чёткой формы, а форма шаровых понятна из их названия. Первые можно увидеть невооружённым глазом (яркий во всех смыслах пример – Плеяды), вторые же видны только в телескоп.
Наконец, рассеянные скопления состоят из молодых звёзд, возраст которых редко превышает 1 – 2 миллиарда лет, а во многих из них появление "новорождённых" ещё продолжается. Шаровое же скопление – это клуб для тех, кому за двенадцать миллиардов. Светила солнечной массы там уже успели состариться и превратиться в красных гигантов. Когда-нибудь такая же судьба ждёт и Солнце – оно разбухнет и попросту проглотит Землю. Но до этого печального момента ещё несколько миллиардов лет.
Шаровые скопления – это подарок для астрономов. Звёзды в них разные, но расположены они так близко друг к другу, что, скорее всего, и образовались одновременно. А значит, на них очень удобно проверять наши представления о том, как звезда меняется с возрастом и от чего это зависит. А поскольку типичная человеческая жизнь короче типичной звёздной этак в сто миллионов раз, этот вопрос вовсе не тривиален.
Но что находится внутри этих древних шаров, рассеянных по Галактике? Есть ли там центральное тело – скажем, чёрная дыра? Как движутся звёзды внутри скоплений (а мы ведь знаем, что звёзды движутся, причём иногда очень быстро)? Наконец, какие скопления – исконная часть нашей Галактики, а какие были в своё время захвачены её гравитацией и "проглочены"?
На эти интересные вопросы трудно получить ответ. Космическая пыль мешает оптическим телескопам рассмотреть, что делается там, внутри – мы можем видеть только звёзды, близкие к краю скопления.
Конечно, существуют ещё радиоволны, для которых пыль прозрачна. Но вот беда: обычные звёзды в этом диапазоне излучают настолько слабо, что даже огромные антенны не в состоянии уловить их радиосвечение. Исключением для земных радиоастрономов, конечно, является Солнце, но лишь потому, что оно такое близкое.
Однако у звёзд, как известно, есть загробная жизнь. После того, как закончится термоядерное топливо и внешние слои былого светила рассеются в пространстве (для светил достаточно большой массы это происходит в ослепительной вспышке сверхновой), остаётся твёрдое ядро, которое специалисты называют звёздным остатком. Мы уже писали об удивительных объектах, представляющих собой такие ядра – и о белых карликах, и о чёрных дырах, и о нейтронных звёздах. Вот последние и становятся пульсарами – природными радиомаяками, о чём мы тоже подробно рассказывали.
Излучение пульсаров проникает сквозь пылевую завесу и несёт нам драгоценную информацию о подробностях частной жизни шарового скопления. Проблема в том, что пульсары редко встречаются. Их известно всего несколько тысяч, в то время как в Галактике сотни миллиардов звёзд. Просто по теории вероятностей встретить хоть один пульсар внутри шарового скопления – уже большая удача.
Тем удивительнее скопление Terzan 5, в котором таких радиомаяков тридцать семь. Международная команда исследователей из Университета Вирджинии (США), Радиоастрономического института Макса Планка (Германия) и нескольких других организаций, решила использовать этот замечательный факт.
В этом им помог верный друг астрономов – эффект Доплера. Наверное, каждый замечал, что, когда под нашими окнами на всех парах несётся лихой байкер, звук двигателя его железного коня меняется со временем. Он становится всё выше, пока мотоциклист приближается к нам, и понижается, если "король ночных дорог" уже удаляется к горизонту. Похожий эффект существует и для электромагнитного излучения – света, радиоволн и так далее. Именно он позволяет учёным измерять скорости отдельных звёзд и даже целых галактик. Таким образом астрономы находят новые планеты, наблюдая, какими движениями светило откликается на их гравитацию, а также в своё время открыли тот замечательный факт, что Вселенная расширяется.
Для "сканирования" шарового скопления, расположенного в 19 тысячах световых лет от Земли, исследователи использовали GBT – американский радиотелескоп со стометровой антенной. Тщательно проанализировав излучение пульсаров из глубин скопления Terzan 5, астрономы получили представление о том, как эти нейтронные звёзды движутся. А значит, и о распределении масс вещества в звёздном шаре, ведь все движения в космосе управляются гравитацией. Учёные пришли к однозначному выводу: сверхмассивной чёрной дыры там нет.
А это значит, что скопление, скорее всего, не является карликовой галактикой, в своё время проглоченной Млечным Путём. Звёзды из Terzan 5 – наши, родные, местные. Вместе с тем астрономы не исключают, что в центре скопления есть чёрная дыра меньшей массы. Выяснить его структуру более точно помогут дальнейшие исследования.
Научная статья с полученными результатами опубликована в журнале Astrophysical Journal.
Добавим, что нейтронные звёзды интересны астрономам не только в роли радиостанций. Скорее всего, столкновение именно этих тел породило гравитационные волны, недавно вновь обнаруженные обсерваторией LIGO. Вокруг этого события развернулся целый научный детектив с волнующими слухами, удалёнными твитами, осторожными заявлениями и лучшими телескопами Земли, без лишнего шума нацеленными на одну и ту же галактику. Об этом мы тоже подробно писали.