Мы привыкли к тому, что космос — штука неуютная. Мысль о бескрайней ледяной пустоте способна забраться под кожу даже самому опытному наблюдателю. Но когда речь заходит о туманности Бумеранг, обычные «космические» мерки перестают работать. Астрономы народ довольно циничный, но этот объект даже их заставляет нервно усмехаться, поглядывая на показания научных приборов.
Там, где замерзает эхо творения
Чтобы понять, почему этот объект — нонсенс, нужно сначала разобраться с космическим термометром. Мы привыкли считать, что в далеком межзвездном пространстве царит кромешный мороз. Это верно, но там не абсолютный ноль. Пространство пронизано так называемым реликтовым излучением — это остывшее эхо Большого взрыва, микроволновой фон, который равномерно «прошивает» всю ткань мироздания. Он работает как глобальная система отопления, хотя и очень слабая. Благодаря ему температура пустоты никогда не падает ниже -270,45 °C. Это точка равновесия, «температура Вселенной».
И тут на сцену выходит наш главный герой. Туманность Бумеранг, чье имя куда изящнее её физической сути. Расстояние до неё — каких-то 5 тысяч световых лет в сторону созвездия Центавра. Когда в 1995 году астрономы навели на неё 15-метровый субмиллиметровый телескоп Европейской Южной обсерватории в Чили, они ожидали увидеть тепловое пятно, как и у других подобных объектов. Вместо этого приборы показали температуру, которая была холоднее фона. Это все равно что найти кусок льда посреди кипящей воды (простите за метафору, вода тут не совсем уместна, скорее уж жидкий гелий).
Температура там держится на уровне 1 Кельвина, то есть –272 °C. Это на целый градус ниже реликтового фона (примерно 2,7 Кельвина). Туманность Бумеранг — единственное известное нам природное место во Вселенной, которое оказалось холоднее самой Вселенной после Большого взрыва. Оно поглощает свет реликтового излучения, высасывая из него последние крохи энергии.
Холодильник размером в световой год
Как природе удалось провернуть такой трюк? Забудьте о привычных бытовых морозилках. Здесь работает не компрессор с фреоном, а уникальная аэродинамика колоссальных масштабов.
В центре этой туманности находится умирающая звезда. Полторы тысячи лет назад она была почтенным красным гигантом, а до этого — заурядным желтым карликом вроде нашего Солнца. Но агония этой звезды пошла по экстремальному сценарию. Вместо того чтобы чинно сбрасывать оболочку слоями, звезда начала исторгать материю с чудовищной скоростью — около 164 км/с, или почти 600 000 км/ч. За какие-то полторы тысячи лет она потеряла массу, эквивалентную полутора нашим Солнцам. Просто сбросила вещество в пространство.
И вот тут кроется физический секрет фокуса. Газ вырывается не равномерной сферой, а в виде биполярного истечения — то есть выбрасывается через условные «полюса», образуя два гигантских лепестка. Вспомните аэрозольный баллончик. Если долго распылять, он становится ледяным в руке, потому что газ внутри, выходя наружу, резко расширяется. Это адиабатическое охлаждение: тепловая энергия частиц переходит в кинетическую энергию их движения, в их стремление разлететься как можно дальше друг от друга.
Туманность Бумеранг — это, по сути, гигантский сверхзвуковой выхлоп. Но здесь есть нюанс, который долго ставил ученых в тупик. Скорость истечения настолько велика, что обычная модель умирающего красного гиганта не могла это объяснить. Выдавить столько материи так быстро одинокая звезда просто не в состоянии. Исследования, проведенные астрономом Рагвендрой Сахаем из лаборатории реактивного движения (JPL) NASA, пролили свет на эту загадку. Скорее всего, мы имеем дело с системой из двух звезд. Пока главная распухала до красного гиганта, её компаньон по спирали погрузился прямо внутрь её разряженной оболочки. Это двойное гравитационное взаимодействие и стало тем компрессором, который запустил механизм экстремального охлаждения.
Ирония названия и взгляд в будущее
У этого феномена есть еще одна деталь, которую часто упускают. Когда астрономы Кит Тейлор и Майк Скаррот в 1980 году смотрели на объект с англо-австралийского телескопа, им не хватало разрешения. Они увидели лишь легкий изгиб крыльев и нарекли туманность «Бумерангом». Через 18 лет «Хаббл» со свойственной ему дотошностью показал правду: это вовсе не бумеранг, а идеальный «галстук-бабочка», затянутый узел из ледяного газа. Но термин уже прижился. Получилось иронично. Бумеранг — это то, что возвращается, а эти газовые лепестки разлетаются навсегда, превращаясь в ледяной памятник умершей звезде.
Прямо сейчас, пока мы об этом говорим, туманность еще живет в фазе протопланетарной. Что будет дальше? Центральная звезда, потеряв почти всё вещество, постепенно разогреется и превратится в белого карлика. Её ультрафиолетовое излучение начнет ионизировать разлетающийся газ, заставляя его светиться. Тогда «Бумеранг» перейдет в статус полноценной планетарной туманности. Холод рассеется, и это место станет просто красивым облаком в свете умирающего ядра.
Мы привыкли думать, что космос — это синоним холода. Но даже здесь существует свой «полюс холода», и расположен он не в черной бездне между галактиками, а прямо внутри одной из них, посреди конвульсий звездной смерти. Во Вселенной такого мы больше не видели.