Летние ночи — они такие... обманчивые. Кажется, тишь да гладь. Вега сверкает там, на самом верху, этаким бело-голубым алмазом, пронзительным и холодным. И глаз невольно тянется к ней. Но настоящая драма разыгрывается чуть в стороне. В неприметном, на первый взгляд, созвездии Лиры. Возьмите бинокль. Или просто прищурьтесь. Увидите две звездочки, будто подвешенные к Веге на невидимой ниточке, Бета и Гамма Лиры. Теперь мысленно проведите между ними линию. Примерно на двух пятых пути от Беты — остановитесь. Там. В этой, с позволения сказать, небесной глухомани, и притаилось оно. Призрачное сияние. Дыра в небесах, обведенная светящимся контуром. Планетарная туманность Кольцо. Или, если вам ближе язык каталогов, Мессье 57.
Кому мы должны сказать «спасибо» за открытие? 1779 год. Шарль Мессье, этот беспрестанный «ловец комет», патрулировал небо в январе и наткнулся на «туманность без звезды». Занес в список под номером 57. Но, тем временем, почти одновременно, в феврале, ее же увидел Антуан Даркье де Пелепуа! Типичная научная суета — открытие часто витает в воздухе. А центральную звезду — ту самую, что все это затеяла — и вовсе проглядели. Понадобился еще 21 год, чтобы Фридрих фон Ханн ее разглядел. Представляете? Яркое кольцо бросалось в глаза, а крошечная, раскаленная точка в его сердце — нет. Ирония.
Классический случай, когда название вводит в заблуждение на века. Прямо как если бы мы назвали айсберг «горячим паром» из-за того, что он дымится в холодном воздухе. С планетарными туманностями — та же история. Давайте разберемся, откуда ноги растут.
Во всем «виноват» один человек — ну, и скромные возможности телескопов конца XVIII века. Английский астроном Уильям Гершель (тот самый, что позже откроет Уран) в 1780-х годах с любопытством разглядывал эти загадочные туманные пятнышки. И что он видел? Не точки, как звезды, а небольшие, довольно четко очерченные диски. Зеленоватые или голубоватые. И вот тут сработала ассоциация: в его окуляр они удивительно напоминали диски далеких планет — того же Урана, который он открыл. Не размытые пятна, как галактики (их тогда так не называли), а именно компактные, округлые диски.
Поэтому он и обозвал их «планетарными туманностями» (planetary nebulae). И имя, несмотря на всю его неточность, прилипло намертво. Это был термин, родившийся из-за визуального сходства, а не из-за понимания сути. Гершель, конечно, был гением, но даже он не мог тогда знать, что смотрит не на рождение планет, а на смерть звезд. Такая вот ирония истории: самый поэтичный, драматический финал звездной жизни долгое время считали чем-то, связанным с рождением планет.
Прямо сейчас, пока вы это читаете, где-то там, в двух с лишним тысячах световых лет от вашего чашки кофе, висит в пустоте невероятной красоты катастрофа. Представьте себе шар из газа, размером... не буду вас утомлять цифрами. Примерно в световой год поперек. Внутри — почти ничего, вакуум по нашим меркам. Всего 10 тысяч частиц в кубическом сантиметре — для астронома это пустота. А по краям — стена. Стена из водорода и гелия, светящаяся жутким зеленовато-голубым светом. Почему светится? А потому что в самом центре этой величественной пустоты, точно в фокусе линзы, зависла крошечная, бешеная точка. Белый карлик. Остаток.
Белый карлик — это конечная стадия эволюции звезды солнечной массы, своего рода раскалённый звёздный остов. Он образуется, когда умирающая звезда, исчерпав термоядерное горючее в ядре, сбрасывает внешние оболочки (они-то и формируют планетарную туманность, как Кольцо), а её ядро под действием гравитации коллапсирует до размеров Земли. Остановить дальнейшее сжатие помогает не термоядерная энергия, а квантовое давление вырожденного электронного газа — фундаментальный принцип, не позволяющий электронам занимать одно состояние. В результате получается объект чудовищной плотности (чайная ложка его вещества весит тонны) с массой порядка солнечной, но уже не являющийся звездой в привычном смысле.
Ключевое отличие от «живой» звезды — полное отсутствие термоядерных реакций. Белый карлик светится лишь за счёт остаточного тепла, медленно остывая миллиарды лет. Его стабильность имеет предел (предел Чандрасекара, ~1.4 массы Солнца); превышение массы ведёт к катастрофическому взрыву. В центре туманности Кольцо находится именно такой объект — горячий (~100 000 К), плотный огарок, чьё жёсткое ультрафиолетовое излучение и заставляет сброшенную газовую оболочку ярко светиться.
И знаете самое потрясающее? Мы опоздали на грандиозный финал — тот момент, когда старая, раздувшаяся звезда-гигант сбросила свои внешние покровы — случился тысячи лет назад. Где-то между тем, как первые люди начали строить города, и тем, как возвели пирамиды. Шесть-восемь тысяч лет назад. С тех пор эта оболочка, эта пелена, расширяется. Летит во все стороны. А мы смотрим на нее сбоку. И нам кажется кольцом. На самом деле — мы видим тор. Пузырь. Или, как показывают последние снимки «Хаббла», скорее бочку. Мы смотрим вдоль ее длинной оси, вот и видим только яркие края. Такой вот оптический обман.
Спектр! Вот где история становится по-настоящему сочной. Представьте 1864 год. Уильям Хаггинс, пионер астрофизики, наводит свой новенький спектроскоп на это бледное «колечко». Он ожидал увидеть обычный радужный континуум — отраженный свет звезды, растянутый в полоску. Но вместо этого... Вместо этого в окуляре вспыхнули несколько одиноких, ярких, призрачных линий на абсолютно черном фоне. Никакой радуги! Только узкие маяки: зеленая, красная, голубая. Эмиссионный спектр. Это был шок — первое неопровержимое доказательство, что перед нами не сгусток звезд, а нечто иное: светящийся, разреженный газ.
Что же зашифровано в этих цветных «штрих-кодах»? Каждая линия — это паспорт химического элемента и физического состояния. Доминирующая таинственная зеленая полоса (которую сначала приписали гипотетическому «небулию») — оказалась дважды ионизированным кислородом, атомы, потерявшие два электрона под яростным ультрафиолетовым бичом центральной звезды. Красная — водород, его знаменитая серия Бальмера, крик перепада энергий электронов, прыгающих на вторую орбиталь. Голубые — гелий. И это всё! Спектр до смешного беден на линии, но красноречив: газ невероятно чист (водорода в 12 раз больше гелия, остальное — следы) и дико возбужден. Он не греется, как твердое тело, а флуоресцирует, словно неоновая вывеска, под жестким излучением белого карлика. Именно эти призрачные полосы и рассказали нам всю подноготную: состав, плотность (~10^4 частиц/см³), температуру, степень ионизации. Холодный свет горячей истории.
А теперь откиньтесь на спинку кресла. Летним вечером, когда над головой раскинется Лира, просто знайте: там, почти на прямой между Бетой и Гаммой, висит это немыслимое творение. Популярный объект для любителей — да, его можно увидеть даже в небольшой телескоп как нечеткое серое пятнышко, эдакое «дымное колечко». Но за этой простотой скрывается глубина. Звездная агония, растянутая на тысячелетия. История о том, как смерть порождает невероятную красоту. И о том, что наше Солнце — да-да, то самое, что греет нас сейчас — ждет в далеком будущем ровно такая же участь. Станет таким же сияющим призраком.
Вот вам и безмятежное летнее небо. Полно драмы, если знать, куда смотреть.