Чтобы по-настоящему объять умом нашу Вселенную, нужно включить воображение на максимум – ведь здешние масштабы способны подорвать любые шаблоны. Если заглянуть в абсолютно пустой, на первый взгляд, участок неба в нашей галактике, то за ним откроется глубокий космос, где каждая светящаяся точка – это целая далекая галактика.
Там отчетливо видна ячеистая структура из скоплений и гигантских пустот. Наша Вселенная совсем не однородна: где-то галактики толпятся, как люди в метро в час пик, а где-то зияют огромные пустые пространства. Получается эдакий космический швейцарский сыр. Внутри этой исполинской космической паутины прячется бесчисленное множество мелких объектов, но с такого расстояния их просто не разглядеть.
От Столпов Творения до космических камней
В астрономических масштабах огромные и красивые структуры возникают буквально сами собой. Взять хотя бы знаменитую туманность Орел. Если наложить культовые снимки телескопа «Хаббл» на общую карту этой области, мы увидим знаменитые «Столпы Творения». Они безумно интересны ученым, так как там все еще полно холодного газа и пыли, из которых рождаются новые миры.
Однако большая часть самой туманности – это просто гигантская пустая пещера, в которой сиротливо разбросаны одинокие звезды. На всю туманность приходится всего несколько тысяч новорожденных светил. Это отличный пример того, что хотя процесс рождения звезд и выглядит мегаэффектно, для нашего Млечного Пути это уже редкое, штучное событие.
Битва за идеальную округлость
Если космический объект не дорос в диаметре хотя бы до 200–500 километров, то гравитация умывает руки, и балом начинают править обычные электромагнитные силы. Посмотрите на четыре крупнейших астероида нашей системы: Цереру, Весту, Палладу и Гигею. Церера – самая крупная в этой банде и одновременно самое маленькое небесное тело, которое точно находится в гидростатическом равновесии (проще говоря, под действием собственной силы тяжести она стала аккуратным шаром). Веста и Паллада до этого элитного статуса не дотянули и остались бесформенными булыжниками. А вот Гигея, хоть и легче их, имеет очень низкую плотность, поэтому ученые до сих пор спорят, смогла она округлиться или нет.
Когда гравитация окончательно побеждает хаос, объект принимает форму шара. Спутник Сатурна Мимас имеет радиус всего 198 километров, но он совершенно точно круглый. Похоже, это самое крошечное и легкое тело в космосе, сумевшее сделать это. Состоя в основном изо льда, Мимас смог провернуть то, что оказалось не под силу каменным Весте и Палладе. Правда, сегодня он уже не в идеальной форме: на его боку красуется огромный кратер Гершель. Если бы Мимас до сих пор пластично менял форму под действием гравитации, этот шрам от древнего удара давно бы затянулся.
Планеты-зефирки и звезды-неудачники
Самые скромные планеты растянулись на сотни километров, а вот с гигантами ситуация куда забавнее. Мы знаем кучу экзопланет, которые весят гораздо больше Юпитера, но физически они не крупнее его. Зато планеты с самым большим радиусом – это так называемые «супер-пухлые» планеты (или планеты-зефирки) вроде WASP-17b. Массы в ней всего кот наплакал – половина от юпитерианской, зато диаметр почти в два раза больше – целых 262 000 километров. Настоящий космический попкорн!
Самые массивные планеты называют супер-Юпитерами, их размеры стартуют от 250 000 километров. А дальше на космической лестнице стоят коричневые карлики – так называемые «неудавшиеся светила». Например, вокруг красного карлика Gliese 229 вращается его компаньон Gliese 229b. В его недрах тепла хватило только на запуск термоядерного синтеза дейтерия, а до полноценного выжигания водорода дело так и не дошло. Хотя этот коричневый карлик тяжелее Юпитера примерно в 20 раз, его радиус составляет всего 47% от юпитерианского. Вот такой парадокс: массы больше, а сам объект меньше. Похоже, это самый компактный коричневый карлик из всех, что мы находили.
Вообще, эти несостоявшиеся звезды по размерам как раз сопоставимы с Юпитером. Интересно, что на наше Солнце или еще более массивные светила приходится всего около 5% от всех звезд в космосе. Звезды К-класса составляют 15%, а вот настоящие хозяева галактики – невзрачные красные карлики, их тут аж 75–80%. Коричневые карлики, несмотря на свой статус космических аутсайдеров, могут встречаться в нашей Вселенной так же часто, как и красные карлики, просто они слишком холодные и темные.
На их фоне планеты вроде Проксимы b выглядят совсем крошками. Она по размерам похожа на Землю и крутится вокруг красного карлика Проксимы Центавра на идеальном расстоянии, при котором на ней теоретически может существовать жидкая вода. Из-за комфортной температуры и близости к нам она остается одним из лучших кандидатов для поиска внеземной жизни.
Красные сверхгиганты: когда масштаб зашкаливает
Но если мы перейдем к настоящим титанам – красным сверхгигантам, то их размеры могут достигать безумных 2 200 000 000 километров. Это почти дотягивает до орбиты Сатурна! Моделирование поверхности такого монстра показывает, как сверхгигант живет своей относительно спокойной жизнью, пока в его недрах ничего радикально не меняется. Эти гиганты часто превосходят Солнце по диаметру в 1000 раз и легко поглотили бы орбиту Юпитера вместе со всеми потрохами. Ученые предполагали, что звезда Стивенсон 2–18 способна дотянуться до орбиты Сатурна, но астрономы до сих пор яростно спорят по этому поводу.
Космические останки: белые, черные и суперплотные
В конце своего пути звезды превращаются в космические останки: белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры. Ткань пространства-времени рядом с ними искривляется тем сильнее, чем плотнее сам объект. Но если отойти подальше, то габариты самого тела перестают играть роль. На приличном расстоянии гравитация от черной дыры, нейтронной звезды, белого карлика или обычного Солнца ощущается абсолютно одинаково – главное, чтобы масса совпадала. А вот если подойти вплотную к горизонту событий черной дыры, пространство закрутит так сильно, как нигде во Вселенной. Вдали от всех этих монстров пространство-время становится почти плоским, но идеальной пустоты и гладкости в космосе все равно нет.
Белые карлики обычно весят от 0.2 до 1.35 масс Солнца. Когда они окончательно растратят всю свою энергию и остынут, они превратятся в черные карлики. Физический размер белого карлика устроен шиворот-навыворот: чем он легче, тем он крупнее. Самые легкие белые карлики могут быть вдвое больше Земли, а самые тяжелые и плотные сжимаются до размеров нашей Луны. Их габариты варьируются в пределах 4 280–26 000 километров.
Крошечные монстры
Нейтронные звезды – это настоящие крохи, их стандартный диаметр составляет всего 20–25 километров. При этом они являются самыми плотными материальными объектами во Вселенной (после черных дыр) и обладателями невероятно горячей поверхности. Недавние исследования разнесли в пух и прах старую теорию о том, что у них простое магнитное поле с двумя полюсами. На примере нейтронной звезды J0030+0451 ученые обнаружили сразу две или три аномально горячие точки на поверхности, так что их магнитные поля устроены куда запутаннее, чем мы думали.
Когда две нейтронные звезды сталкиваются, они всегда устраивают знатную встряску пространству, посылая гравитационные волны. Иногда при этом вспыхивает и обычный свет, но он доходит до нас чуть позже гравитационного эха. Первое такое слияние, зафиксированное учеными под именем GW170817, привело к рождению черной дыры массой около 2.7 масс Солнца. На сегодняшний день это самая маленькая из известных нам черных дыр.
Настоящие супертяжеловесы Вселенной
В общем, черные дыры – это одновременно и самые крошечные, и самые гигантские останки умерших звезд. На просторах космоса встречаются истинные монстры. Например, ученые наткнулись на систему, где гравитация гигантской галактики искривляет свет от более далекого объекта, превращая его в космическую подкову. Изучая движение звезд вокруг центра этой аномалии, астрономы смогли с ювелирной точностью вычислить массу местной сверхмассивной черной дыры. Она весит ни много ни мало 36 миллиардов Солнц! Это самая тяжелая черная дыра, чью массу удалось измерить с такой крошечной погрешностью.
Диаметр горизонта событий у таких объектов варьируется от скромных 16 километров до умопомрачительных 220 миллиардов километров и более. Для сравнения, в двойной системе OJ 287 сидят два монстра в 18 миллиардов и 150 миллионов масс Солнца, и их размеры легко затмевают всю нашу Солнечную систему.
От карликов к гигантам
Перейдем к масштабам галактик. Самая маленькая из известных на сегодня галактик, UNIONS 1 (или Большая Медведица III), имеет диаметр всего около 20 световых лет. Ученые до сих пор чешут затылки: то ли это тающие остатки древнего звездного скопления, то ли действительно самая крошечная карликовая галактика в истории.
А вот на другом конце ринга расположился абсолютный чемпион – галактика IC 1101 в сердце скопления Эйбелл 2029. Ее размеры составляют фантастические 6 миллионов световых лет в поперечнике! Внутри нее живет более 100 триллионов звезд, а весит этот бегемот как квадриллион наших Солнц. Вселенной очень трудно создать что-то еще крупнее из-за ее конечного возраста и присутствия темной энергии, которая растаскивает космос в разные стороны.
Сами галактики тоже любят собираться в компании. Галактические группы могут быть компактными, как знаменитый Квинтет Стефана размером около 500 000 световых лет (правда, одна из галактик там просто влезла в кадр на переднем плане, обманув наши глаза). Но бывают и огромные скопления размером до 23 миллионов световых лет. Яркий пример – скопление Эйбелл 520, метко прозванное «Космической автокатастрофой». Это безумное месиво из нескольких сталкивающихся галактических кластеров – одна из крупнейших связанных структур в известном нам космосе.
Радиогалактики не отстают по масштабам благодаря своим джетам – струям плазмы, которые вырываются из сверхмассивных черных дыр. Недавно открытая пара таких джетов под названием Порфирион растянулась на безумные 23–24 миллиона световых лет! Это самые гигантские плазменные струи из всех, что когда-либо видели астрономы.
Вершина космической иерархии
И наконец, самый топ космической структуры – нити космической паутины. Это самые масштабные объекты, длина которых может достигать 1.4 миллиарда световых лет. Великая стена Слоуна – одна из таких мегаструктур размером в 1.37 миллиарда световых лет. Возможно, это просто случайное выстраивание нескольких сверхскоплений, ведь темная энергия уже вовсю разрывает ее на части. Не так давно ученые наткнулись на структуру под названием Кипу, которая оказалась примерно на 2% длиннее Великой стены, хотя из-за погрешностей в измерениях они делят лидерство еще и со Стеной Южного полюса.
Несмотря на периодические громкие заявления в прессе, структуры еще большего размера пока научно не подтверждены. Например, так называемое Большое кольцо и Гигантская дуга из ионов магния выглядят интригующе на картах. Но вполне вероятно, что это просто случайный набор точек в космосе, а не единое целое. Наш мозг и глаза устроены так, что они отчаянно пытаются найти закономерность и соединить линиями то, что на самом деле никак друг с другом не связано. Так что космос умеет красиво водить нас за нос!