Дивовижний Усесвіт
Такий загадковий, але ж і такий прекрасний
О ЦІЙ порі року нічне небо, ніби прикрашене коштовностями, вабить нас своїм блиском. Високо над головою широко крокує могутній Оріон, сузір’я, котре добре видно січневими вечорами від Анкориджа (Аляска) до Кейптауна (Південно-Африканська Республіка). Чи роздивлялися ви нещодавно небесні скарби, які можна побачити у відомих сузір’ях, таких, наприклад, як Оріон? Астрономи цими днями вдивлялися у нього, послуговуючись щойно відремонтованим космічним телескопом «Хаббл».
Із трьох зірок пояса Оріона звисає меч. Промениста зоря посередині меча насправді зовсім не зоря, а відома «Велика туманність Оріона», об’єкт дивовижної краси, навіть якщо роздивлятися його у невеликий телескоп. Однак астрономи-фахівці захоплюються нею не через її дивовижне сяйво.
«Астрономи досліджують туманність Оріона й багато її молодих зірок, оскільки вона є найбільшою та найактивнішою ділянкою народження зірок у нашій частині Галактики»,— повідомляє Жан-П’єр Кайо у журналі «Астрономія» (англ.). Ця туманність, здається, є космічним пологовим відділенням! Коли телескоп «Хаббл» сфотографував туманність Оріона, захопивши подробиці, котрі досі ніхто ніколи не бачив, то астрономи побачили не тільки зірки й світний газ, але й те, що Кайо описує як «променисті маленькі овали. Плямки жовтогарячого світла. Вони нагадують крихти бутерброда, що випадково впали на фотографію». Однак вчені не приписують це пошкодженням світлової ізоляції, а гадають, що ці променисті овали є «протопланетарними дисками, першими зародковими сонячними системами, які розглядають з віддалі 1500 світлових років». Чи зорі, а навіть цілі сонячні системи, народжуються цієї миті у туманності Оріона? Багато астрономів думає, що так.
Від пологового відділення до зоряного кладовища
Оріон широко крокує вперед з луком у руці, ніби збирається протистояти бику, сузір’ю Тельця. У невеликий телескоп можна побачити біля кінчика південного рога бика пляму слабкого світла. Її називають Крабоподібною туманністю, а у великий телескоп видно, що це вибух у процесі, як показано на фотографії на сторінці 9. Якщо туманність Оріона — це зоряні ясла, то Крабоподібна туманність, зовсім поряд, може бути могилою зорі, котра померла нечувано жорстокою смертю.
Цю небесну катастрофу, мабуть, описали китайські астрономи, котрі змалювали «Зорю-гостю» в сузір’ї Тельця, яка несподівано з’явилася 4 липня 1054 року й сяяла так яскраво, що 23 дні її бачили навіть вдень. «Кілька тижнів,— зауважує астроном Роберт Бернем,— зоря палала світлом близько 400 мільйонів сонць». Астрономи називають таке дивовижне зоряне самогубство вибухом наднової зорі. Навіть нині, майже тисячу років після того, як спостерігали за зіркою, уламки від її виверження летять через космос зі швидкістю, як вважають, 80 мільйонів кілометрів за день.
Космічний телескоп «Хаббл» попрацював також і над цією ділянкою, вдивляючись глибоко у серце туманності, і виявив, згідно з журналом «Астрономія», «деталі у Крабі, котрих астрономи ніколи не сподівалися». Астроном Пол Сковен говорить, що «астрономам-теоретикам доведеться деякий час почухати потилиці».
Астрономи, як, наприклад, Роберт Кіршнер з Гарварда та інші, гадають, що розуміння природи таких залишків вибуху наднових зірок, як Крабоподібна туманність, є важливим, оскільки вони можуть бути використані для вимірювання відстаней до інших галактик, котрі інтенсивно досліджуються останнім часом. Як ми побачили, непорозуміння стосовно відстаней до інших галактик недавно розпалило жваве обговорення Великого вибуху — моделі створення Всесвіту.
За сузір’ям Тельця на західному січневому небі Північної півкулі можна побачити сузір’я Андромеди, яке посилає нам своє м’яке світло. Це світиться галактика Андромеди, найвіддаленіший об’єкт, котрий можна бачити неозброєним оком. Загадки Оріона й Тельця лежать відносно недалеко, у межах кількох тисяч світлових років од Землі. Проте тепер ми дивимося крізь відстань, як підраховано, у два мільйони світлових років на спіральну галактику, дуже подібну до нашої Галактики Молочний Шлях, але навіть більшу — близько 180 000 світлових років від одного кінця до іншого. Коли ви бачите м’який блиск Андромеди, до ваших очей доходить світло, котрому понад два мільйони років!
В останні роки Марґаріт Ґеллер та інші взялися за честолюбну програму: скласти тривимірну карту всіх галактик навколо нас, і результати підняли серйозні питання щодо теорії Великого вибуху. Замість того щоб побачити плавне розподілення галактик у всіх напрямках, картографи космосу виявили «ткану структуру галактик», що простягається на мільйони світлових років. «Як сплелася ця ткана структура з майже однорідної речовини, з котрої складався новонароджений Всесвіт? Це є одним з найневідкладніших питань космології»,— повідомлялося у недавньому звіті поважного часопису «Наука» (англ.).
Ми почали цей вечір з того, що подивилися на січневе нічне небо й швидко виявили не тільки його дивовижну красу, але й таємниці та питання, які стосуються самої природи та походження Всесвіту. Як він виник? Як він дійшов до такого складного рівня, на якому є сьогодні? Що станеться із небесними загадками довкола нас? Чи хтось спроможний відповісти? Подивімося.
[Рамка на сторінці 8]
Звідки вони знають, яка це відстань?
Коли астрономи повідомляють нам, що від нас до галактики Андромеди два мільйони світлових років, то насправді подають наукове припущення. Ніхто не знає, як можна виміряти ці запаморочливі відстані безпосередньо. Відстані до найближчих зірок, не більші 200 світлових років, визначаються вимірюванням зоряного паралаксу за законами простої тригонометрії. Однак цей метод можна застосовувати лише до зірок, котрі настільки близькі до Землі, що ніби трохи зміщуються внаслідок обертання Землі навколо Сонця. Більшість зірок, а також усі галактики розташовані набагато далі. Ось тут і починаються припущення. Навіть визначення відстаней до відносно близьких зірок ґрунтується на здогадках, наприклад, вважають, що відстань до відомої червоної зорі-надгіганта Бетельгейзе в сузір’ї Оріона становить десь від 300 до 1000 світлових років. Тому нас не повинна дивувати незгода поміж астрономами стосовно галактичних відстаней, котрі більші у мільйони разів.
[Рамка на сторінці 8]
Наднові зорі, пульсари та чорні діри
У серці Крабоподібної туманності розташований один з найдивніших об’єктів у відомому Всесвіті. Згідно із вченими, цей стиснутий до неймовірної густини крихітний труп загиблої зорі, котрий у своїй могилі щосекунди здійснює 30 обертів навколо осі, є потужним джерелом радіовипромінювання, яке було вперше зафіксовано на Землі 1968 року. Його називають пульсаром і описують, що це залишки від вибуху наднової зорі, котрі обертаються і є настільки стиснутими, що електрони й протони в атомах первісної зорі утворили нейтрони. Науковці говорять, що пульсар колись був величезним ядром зорі-надгіганта, такої, як Бетельгейзе або Рігель у сузір’ї Оріона. Коли зоря вибухнула й зовнішні шари вивергнулися у відкритий космос, залишилося тільки зморщене ядро — розжарена до білого окалина, а її ядерні реакції давно припинилися.
Уявіть собі зорю, масою у два рази більшою за масу Сонця, яка стиснена у кулю діаметром 15—20 кілометрів! Уявіть собі планету Землю, стиснену до 120 метрів. Один кубічний сантиметр такого матеріалу важив би понад мільярд тонн.
Але навіть і це не є останнім словом про стиснену речовину. Якщо б стиснути Землю до розміру м’ячика для настільного тенісу, то земне поле сили притягання стало б таким потужним, що навіть світло не змогло б вирватися з нього. У такому стані крихітна Земля зникла б у так званій чорній дірі. Хоча більшість астрономів вірить в існування чорних дір, але це ще не доведено, і виявилося, що вони не такі поширені, як вважалося кілька років тому.
[Рамка на сторінці 10]
Чи ці кольори справжні?
Люди, котрі роздивляються небо в невеликі телескопи, часто відчувають розчарування, знайшовши якусь відому галактику або туманність. Де поділися чудові кольори, які вони бачили на фотографіях? «Кольори галактик неможливо побачити безпосередньо людським оком, навіть у найбільші з існуючих телескопів,— зауважує астроном і науковий письменник Тімоті Ферріс,— оскільки їхнє світло занадто слабке, щоб збудити рецептори кольору сітківки». Через це багато людей робить висновок, що чудові кольори, які можна побачити на астрономічних фотографіях, є підробкою і що вони були додані якось в процесі фотографування. Проте це зовсім не так. «Самі по собі кольори справжні,— пише Ферріс,— і фотографії відбивають зусилля астрономів точно відтворити їх».
У книжці «Галактики» (англ.) Ферріс пояснює, що фотографії таких слабких віддалених об’єктів, як галактики й більшість туманностей, «зроблені за допомогою наведення телескопів на галактики й експонування фотопластинки протягом кількох годин, у той час як зоряне світло попадає на фотографічну емульсію. Протягом цього часу механізм з приводом компенсує обертання Землі й повертає телескоп за галактикою, астроном же або деколи автоматизована система наведення робить незначні поправки».
[Схема/Ілюстрації на сторінці 7]
(Повністю форматований текст дивіться в публікації)
1. Сузір’я Оріона. Звичний вигляд на січневому небі з будь-якої точки планети.
2. Туманність Оріона. Чудово видно променисту «зірку».
3. У глибині туманності Оріона — пологове відділення?
[Відомості про джерела]
#2: Astro Photo - Oakview, CA
#3: C. R. O‘Dell/Rice University/NASA photo
[Ілюстрація на сторінці 9]
Галактика Андромеди, найвіддаленіший об’єкт, котрий можна побачити неозброєним оком. Її швидкість обертання, здається, порушує закон всесвітнього тяжіння Ньютона і піднімає питання про існування темної матерії, невидимої у телескопи.
[Відомості про джерело]
Astro Photo - Oakview, CA
[Ілюстрація на сторінці 9]
Крабоподібна туманність у сузір’ї Тельця — зоряне кладовище?
[Відомості про джерело]
Bill and Sally Fletcher
[Ілюстрації на сторінці 10]
Вгорі: Галактика Cartwheel («Колесо воза»). Менша галактика зіткнулася з нею, перехилилася через неї та залишила за собою блакитний перстень із мільярдів новоутворених зірок навколо галактики Cartwheel.
[Відомості про джерело]
Kirk Borne (ST Scl), and NASA
Внизу: Туманність «Котячі очі». Ефект двох зірок, що обертаються одна навколо одної, найлегше пояснює її складну структуру.
[Відомості про джерело]
J.P. Harrington and K. J. Borkowski (University of Maryland), and NASA