Компьютерра PDA N154 (07.01.2012-13.01.2012)

Дмитрий Вибе: День рождения Солнца

Автор: Дмитрий Вибе

Опубликовано 13 января 2012 года

Я пишу о пенатах в глобальном, космогоническом смысле: откуда есть пошла Солнечная система. Теперешнее окружение Солнца выглядит достаточно убого. Из сотни ближайших звёзд его превосходят по массе всего три - Альфа Центавра А, Сириус и Альтаир, - да и те не особо. Остальные соседи представляют собой тусклую холодную мелочь, разбросанную по пространству с плотностью примерно одна звёздочка на десять кубических парсеков.

Но так было не всегда! В любом уважающем себя романе главный герой, даже прозябая в забвении и сирости, обязательно имеет при себе амулет с брильянтом, шёлковый платок с монограммой или, на худой конец, родинку в форме короны, которые даже спустя много лет подтверждают его благородное происхождение. Вот и Солнечная система несёт на себе отметины более оживлённого окружения, в котором звёзды располагались ближе друг к другу и не были столь невзрачными. Иными словами, Солнце, а с ним и Солнечная система, родились не сами по себе, а в составе звёздного скопления.

Впрочем, это утверждение само по себе не является каким-то откровением. Звёзды всегда рождаются не поодиночке, а группами, по крайней мере, во всех известных нам областях звездообразования. Поскольку у Солнца нет причин, чтобы оказаться исключением из этого правила, логично предположить, что и оно тоже сформировалось не в изоляции.

Но здесь есть одна тонкость, и состоит она в том, что скопление скоплению рознь. С одной стороны, в полутора сотнях парсеков есть область звездообразования в Тельце, где протозвёзды маломассивны и разделены значительными расстояниями, хотя и обнаруживают тенденцию к скучиванию. С другой стороны, в три раза дальше от нас расположена область звездообразования в Орионе, точнее, не область даже, а целый комплекс областей, в котором рождаются не только маломассивные звёзды, но и звёзды, масса которых в десятки раз превышает солнечную.

Один из наиболее заметных объектов в Орионе - звёздное скопление Трапеция, окружённое Большой Туманностью Ориона (БТО). Звёздная плотность в Трапеции достигает, вероятно, десятков тысяч звёзд на кубический парсек, то есть на пять порядков выше, чем в окрестностях Солнца. Фигура трапеции, давшая имя скоплению, составлена пятью яркими звёздами с массой до тридцати солнечных. Само скопление Трапеция, его окрестности, да и вообще весь комплекс молекулярных облаков и областей звездообразования в Орионе представляют собою довольно оживлённое место: там очень светло, а в ультрафиолете - очень тепло, если не сказать горячо, и очень шумно. Взрываются сверхновые, бегут по газу ударные волны, дуют мощные звёздные ветры.

Мы привыкли думать, что жизнь на Земле безбедно развивалась именно потому, что расположение Солнца в равном удалении от спиральных рукавов избавило нас от тесного соседства с этими факторами. Однако некоторые свойства Солнечной системы заставляют предположить, что она хоть и прожила жизнь в тишине и спокойствии, но родилась именно в месте, сходном с Трапецией.

На это указывает, прежде всего, крохотный размер Солнечной системы. Последняя крупная планета - Нептун - находится на расстоянии 30 астрономических единиц (а.е.) от Солнца. Это означает, что основная часть вещества протосолнечного диска располагалась внутри этого радиуса. Правда, за Нептуном располагается ещё один пояс астероидов - пояс Койпера. Но его регулярная, "классическая" часть, с круговыми орбитами, лежащими примерно в той же плоскости, что и орбиты планет, также занимает ограниченный интервал расстояний, примерно до 50 а.е., а затем резко обрывается. При этом суммарная масса пояса Койпера очень мала даже по сравнению с массой Земли, не говоря уже о суммарной массе всех больших планет, так что заметного вклада в протосолнечный диск он никогда не вносил.

Так или иначе, радиус исходного газо-пылевого диска, из которого сформировалась Солнечная система, не превышал нескольких десятков а.е. Это очень мало в сравнении с размерами большинства других известных протопланетных дисков, значительная часть которых расположена в Тельце и других подобных регионах. Их радиусы достигают многих сотен (и даже до тысячи) астрономических единиц, то есть на порядок превышают предполагаемый радиус протосолнечной системы.

Но есть в Галактике место, где в изобилии присутствуют именно такие "куцые" диски! И это место - окрестности Трапеции. В интенсивном поле жёсткого излучения диски эффективно испаряются (посмотрите на их реальные фотографии, сделанные при помощи "Хаббла"), и выживают в результате только их наиболее плотные центральные области поперечником в те самые несколько десятков а.е. Больше того, выжившая часть диска обжимается излучением, становится более плотной, и в результате планеты в ней (возможно) образуются быстрее.

Диск в звёздном скоплении Трапеция. Фото: Джон Бэлли, Дейв Девин, Ральф Сазерленд

Дальше, в химическом составе метеоритов в 1970-е годы были найдены свидетельства того, что на заре формирования Солнечной системы совсем рядом с ней взорвалась сверхновая, обогатившая протосолнечное вещество короткоживущими изотопами, в частности, алюминием-26. Вспышка сверхновой - финальный этап жизни звезды с массой больше десяти солнечных. Такое соседство тоже указывает, что наша историческая родина напоминала Трапецию с массивными светилами - предшественниками сверхновых. В том же Тельце ни с протозвёздами, ни с протопланетными дисками ничего подобного произойти не может, поскольку там нечему взрываться, ни внутри, ни по соседству.

Сверхновая не просто поделилась с Солнечной системой свежесинтезированными тяжёлыми элементами. Высказываются предположения, что именно эта вспышка стимулировала сжатие первичного дозвёздного облака, которое затем превратилось в звезду, окружённую планетами. В целом, конечно, тут ещё копать и копать, но вполне может оказаться, что факторы, мешающие развитию жизни в планетной системе, изначально способствуют её рождению. Иными словами, наше Солнышко должно было сначала родиться в довольно суровом месте, испытать на себе вспышку сверхновой (или испытать вспышку и поэтому родиться), потерять значительную часть околозвёздного диска, а потом, закалившись в испытаниях, покинуть отеческую берлогу и отправиться в нынешнее свободное плавание.

В принципе, в этом нет ничего фантастического. Анализ возрастов скоплений галактического диска показывает, что они долго не живут. Большинство из них полностью или частично распадаются через несколько десятков или сотен миллионов лет, а входившие в них звёзды рассеиваются по Галактике. Расчёты показывают, что каждая отдельно взятая звезда следует при этом по сложной траектории, из-за чего практически невозможно "промотать назад" её движение и найти исходную точку. Но отличительной чертой астрономов всегда был оптимизм космических масштабов, поэтому попытки такие предпринимаются.

Здесь нужно упомянуть ещё одну особенность Солнечной системы. Некоторые транснептуновые объекты, в частности, астероид Седна, находятся на орбитах, на которые они вряд ли могли бы попасть, взаимодействуя только с телами Солнечной системы. Так что возникает предположение о внешнем воздействии, например, в результате тесного сближения Солнца с другой звездой из того же родительского скопления. Такие сближения даже в скоплениях происходят нечасто. Чтобы Солнце (точнее, транснептуновые астероиды) успело испытать подобное взаимодействие, наше изначальное скопление должно было существовать, как минимум, на протяжении нескольких сотен миллионов лет. Но если скопление прожило так долго, прежде чем потерять Солнце, возможно, оно существует и по сей день?

Возникает искушение поискать родительский дом среди близких старых скоплений, благо, их не так много. Наиболее подходящим кандидатом кажется рассеянное звёздное скопление М67, которое находится на том же расстоянии от центра Галактики, что и Солнце, а также имеет сходные возраст и химический состав. Однако буквально неделю назад появилась работа, авторы которой доказывают, что это предположение, скорее всего, ошибочно. Хотя в определённые моменты прошлого траектории Солнца и скопления М67 почти пересекаются, но их относительная скорость в эти моменты слишком велика для объектов с общим происхождением.

В общем, даже приблизительное расположение нашего родового гнезда остаётся неясным. Не исключено, что как раз сейчас мы пролетаем через ту самую область Галактики, где больше четырёх с половиной миллиардов лет назад в небольшом газовом сгустке загорелось пламя термоядерной реакции, которое и теперь дарит нас теплом и светом. Если не слишком придираться к точности чисел, то произошло это ровно 21 галактический год назад. И потому помимо Старого Нового года у нас нет повода не отметить и ещё один праздник - Новый Галактический Год!