Big Think: "Хаббл" и "Джеймс Уэбб" помогли ученым выявить необычные свойства Солнца

С момента своего появления подобные Солнцу звезды вырастают до красного гиганта (примерно с орбиту Земли) и более, достигая в диаметре 5 световых лет. Крупнейшие из известных планетарных туманностей достигают размера вдвое большего — до 10 световых лет в поперечнике. Но это вовсе не означает, что Солнце — типичная звезда среднего размера.

Двойная звезда Сириус A и B, более голубая и яркая, чем наше Солнце, и белый карлик, на снимках космического телескопа Хаббла. Сириус А — ярчайшая звезда на небе, но ранние оценки расстояния ошиблись, поскольку не учитывали того факта, что Сириус примерно в 20 раз ярче нашего Солнца.

Современная система спектральной классификации Моргана-Кинана и температурный диапазон каждого звездного класса в градусах по Кельвину. Подавляющее большинство (80%) сегодняшних звезд представляют собой класс M, и лишь 1 из 800 — класс O или B, то есть достаточно массивны для сверхновой с коллапсом ядра. Наше Солнце — звезда класса G, ничем не примечательная, но ярче 95%. Лишь половина звезд существуют изолированно, другая половина формирует многозвездные системы.

На этом снимке Arp 143 с телескопа Хаббла показаны новые звезды (обозначены синим цветом), образовавшиеся в результате выделения газа, нагревания и столкновений в пространстве между двумя основными скоплениями галактик. Звезды формировались по всей Вселенной в течение последних 13,6 миллиардов лет, и видимые на сегодняшний день образовывались неравномерно на протяжении всей космической истории.

Hubble eXtreme Deep Field (XDF) — детальный снимок небольшого участка пространства в центре Hubble Ultra Deep Field в созвездии Печь был составлен в течение 50 дней (в общей сложности более 2 миллионов секунд или 23 полных дня) на основе данных с телескопа Хаббла. Сочетая в себе свет от ультрафиолета до видимого и ближнего инфракрасного диапазона, XDF представлял собой самый подробный взгляд человечества в глубины космоса. Этот рекорд побил лишь телескоп "Джеймс Уэбб" (JWST). В красном прямоугольнике, где Хаббл не нашел ни одной галактики, JWST уже выявил самую далекую галактику на сегодняшний день: JADES-GS-z13-0. Экстраполируя увиденное на уже известное и наши ожидания, можно сделать вывод, что во Вселенной в общей сложности около 2 секстиллионов звезд.

Скорость звездообразования во Вселенной как функция красного смещения, которое само по себе — функция космического времени. Общая скорость (слева) получена из наблюдений как в ультрафиолетовом, так и в инфракрасном диапазоне и удивительно стабильна во времени и пространстве. Обратите внимание: звездообразование сегодня составляет лишь несколько процентов от пикового значения, и подавляющее большинство звезд сформировалось в первые 4-5 миллиардов лет нашей космической истории. За последние же 4,6 миллиарда лет сформировалось от силы 15% всех звезд.

Этот взгляд на звезды в самой плотной части туманности Ориона, в сердцевине скопления Трапеции, отражает современное состояние звездообразования Млечного Пути. Однако параметры звездообразования меняются в течение космического времени — от галактики к галактике, на разных радиусах от галактического центра и так далее. Все эти и многие другие моменты приходится учитывать при сравнении Солнца со средними характеристиками звезд во Вселенной.

Галактики, сопоставимые с Млечным Путем, были многочисленны на протяжении всего космического времени, однако в настоящий момент увеличились в массе и приобрели более сложную структуру. Галактики же помоложе по своей природе меньше, голубее, более хаотичны, богаче газом и беднее тяжелыми элементами — при этом их история звездообразования не закончена. Большинство звезд во Вселенной образовались непропорционально давно.

На этом изображении показана ближайшая к Земле звездная система: система Альфа Центавра. Яркая звезда слева — Альфа Центавра A и B, разъединить которые большинство современных телескопов не в состоянии, тогда как Проксима Центавра гораздо тусклее и обведена красным. На сегодняшний день это ближайшая к Земле звездная система. Проксима Центавра — красный карлик, подобно 75-80% всех звезд, но при этом он сильно отличается от менее распространенных звезд вроде Солнца или Альфа Центавра А.

На этом снимке с телескопа Хаббла шарового скопления Terzan 5, расположенного всего в 22 000 световых лет в нашем Млечном Пути, видно яркое ядро и звезды самых разных цветов и масс. Но при всем великолепии самые яркие звезды на этом снимке 2022 года — крупнейшие эволюционировавшие гиганты и выжившие звезды с величайшей массой. Большинство же звезд тусклые и маломассивные, и на таком изображении их практически не видно.

На этой карте с цветовой подсветкой показано содержание тяжелых элементов в более чем 6 миллионах звезд Млечного Пути. Красные, оранжевые и желтые звезды достаточно богаты тяжелыми элементами, поэтому у них должны быть планеты; у зеленых и голубых планеты — редкость; а синие или фиолетовые не должны иметь вокруг себя вообще никаких планет. Обратите внимание: центральная плоскость галактического диска, простирающаяся до самого галактического ядра, потенциально может предложить пригодные для жизни скальные планеты.

На этих диаграммах показана предполагаемая плотность звездообразования в зависимости от красного смещения и металличности. Несмотря на ряд существенных неопределенностей, можно с уверенностью заключить, что от 3% до 20% всех звезд по содержанию тяжелых элементов больше или равны нашему Солнцу, при этом большинство оценок называет цифру в 4-10%.

Хотя планеты встречаются даже в тройных системах, большинство вращаются либо близко к одиночной звезде, либо на промежуточных орбитах вокруг центральной двойной звезды, а третья звезда находится на некотором расстоянии. GW Orionis — первая система-кандидат с планетой, вращающейся вокруг трех звезд разом. До 35% всех звезд находятся в двойных системах и еще 10% — в тройных системах. Лишь половина всех звезд — "одиночки" вроде нашего Солнца.

Когда область звездообразования становится настолько большой, что простирается во всю галактику, это называется "взрывающаяся галактика". Здесь показана эволюция к этому состоянию Henize 2-10 с молодыми звездами и активными областями звездообразования ("питомниками"). При этом соотношение масса-светимость у нашего Солнца втрое ниже, чем в среднем по галактике.

Коричневые карлики с массой примерно от 0,013 до 0,080 солнечной превращают дейтерий в гелий-3 или тритий, оставаясь примерно того же размера, что и Юпитер, но достигая гораздо бóльших масс. Красные карлики лишь немногим крупнее, но даже эта звезда, похожая на Солнце, показана не в истинном масштабе: ее диаметр превышает диаметр маломассивной звезды примерно в семь раз.

Эта звезда Вольфа-Райе известна как WR 31a и находится на расстоянии около 30 000 световых лет в созвездии Киля. Ее внешняя туманность выбрасывает водород и гелий, а центральная звезда горит при температуре свыше 100 000 Кельвинов. В относительно ближайшем будущем эта звезда взорвется сверхновой, обогатив межзвездную среду новыми тяжелыми элементами. За исключением маломассивных звезд, внешние, богатые водородом зведные слои после прекращения ядерного синтеза в ядре будут отброшены обратно в межзвездную среду. Хотя звезды Вольфа-Райе редки, они находятся в пределах "нормального" диапазона.