Статья: Летящие группы Эггена (галактический взгляд на земные созвездия)
И все же косвенные свидетельства былых взрывов поблизости от Солнечной системы есть. Их нашли и в космосе, и... на дне океанов. Первые - это молодые горячие одиночные нейтронные звезды, обнаруженные в окрестностях Местного Туннеля в последние годы. Правда, внутри не найдено ни одной, но мы помним, как стремительно они убегают с места рождения. И к тому же молодые, но подостывшие за несколько миллионов лет нейтронные звезды могут излучать энергию в узких конусах, в обход Земли, оставаясь невидимыми даже в пределах Туннеля.
Вторая улика еще красноречивее: в донных железомарганцевых отложениях Тихого океана (которые растут очень медленно, всего на 2-5 мм за миллион лет, и служат естественной геологической летописью) обнаружены слои с избытком редкого изотопа железа 60Fe, которым лишь несколько миллионов лет. Этот изотоп - прекрасный маркер. Он выбрасывается сверхновыми в больших количествах и почти не порождается космическими лучами в метеорном или атмосферном веществе, оседающем на Землю (в частности, на дно океанов). Как быть? Где искать ту область звездообразования, которой эти сверхновые принадлежали?
Вот тут-то астрономам и пригодились звездные потоки Олина Эггена. Идея проста: если сегодня внутри Туннеля нет подходящего скопления (или ОВ-ассоциации), а взрывы сверхновых "гремели" еще "вчера", значит оно здесь было - но тоже "вчера", а теперь улетело! Надо выбрать на небе самые молодые звездные потоки, возраст которых допускает существование в них несколько млн. лет назад массивных звезд-прародителей… сверхновых, и посмотреть, не пролетали ли их ядра в прошлом через Местный Туннель.
Самым подходящим кандидатом оказался поток Плеяд, а точнее - его наиболее молодая подгруппа B1, в которой доминируют звезды спектральных классов В3-В1.5 с массами до 10 МО (приблизительно пороговая масса для предсверхновой). Более тяжелых звезд в В1 уже не осталось. Астрономы сравнили массы нынешнего звездного населения подгруппы с начальной функцией масс (прим.: распределение звезд в скоплении по массам в момент рождения скопления) самых молодых ОВ-ассоциаций Галактики и оценили, сколько в ней было более массивных звезд раньше. Оказывается за последние 10-20 млн. лет в подгруппе В1 должны были закончить свою жизнь взрывом сверхновой около 20 тяжеловесов.
Остается сделать последний шаг: обратив время вспять, как можно точнее описать движение ядра подгруппы В1 относительно Местного Туннеля в прошлом. Посмотрим на сечение окрестностей Солнца плоскостью галактического экватора. Серая сфера - идеализированная форма Местного Пузыря по данным спутника EUVE (Extreme Ultraviolet Explorer - Исследователь Далекого УФ) на 1998 год. Черная линия - существенно уточненная граница, построенная на основании изучения межзвездного поглощения в линии NaI по всем пространственным направлениям. Красным кружком обозначено ядро подгруппы В1, расположенное в ассоциации Скорпиона-Центавра (на самом деле звезды этой подгруппы присутствуют во всех трех скоплениях ассоциации, а некоторые - находятся далеко за ее границами). Траектория движения ядра подгруппы В1 за прошедшие 30 млн. лет, построенная немецкими астрономами в 2001 г., показывает, что оно находилось в пределах Местного Туннеля как раз 10-20 млн. лет назад и большинство его бывших тяжеловесов должно было "отстреляться" именно в нем!
Сечение Местного Туннеля экваториальной плоскостью Галактики. Не следует забывать, что истинная граница Туннеля будет еще много раз уточняться, ибо география галактических окрестностей Солнца - раздел астрономии, переживающий самое начало своего становления.
На схеме обозначены ядра четырех звездных потоков: Сириуса, Гиад, Плеяд и IC 2391, их скорости относительно Туннеля (Солнце в этой системе координат тоже движется в направлении апекса со скоростью около 14 км/с), а также предполагаемый путь ядра подгруппы B1 из потока Плеяд за последние 30 млн. лет. В IV квадранте галактических широт к Местному Туннелю примыкает другой пузырь, раздуваемый звездной ассоциацией Скорпиона Центавра.
Астрономов не удивляет, что все это происходило у самого края Туннеля. Дело в том, что пузырь в галактическом диске расширяется не туда, куда ему хочется, а туда, куда позволяет давление и плотность окружающей среды. Огромный выступ на стенке Туннеля в направлении галактического центра - не что иное, как плотное облако в Змееносце, которое могло сдержать расширение Туннеля в этом направлении. Сегодня ассоциация Скорпиона-Центавра покинула область Местного Туннеля, зато с успехом раздувает другой пузырь, граничащий с нашим.
"Это самая правдоподобная гипотеза о происхождении Местного Пузыря, которую я слышал за последние 5-10 лет", - говорит Стивен Сноуден, ведущий астроном Космического центра им. Годдарда, многие годы изучающий рентгеновское излучение межзвездной среды в Галактике. Вот в какие звездные реки иногда заплывает наша Солнечная Система.
Между прочим, само существование Местного Пузыря одним из первых еще в начале 1960-х гг. заподозрил не кто иной, как Олин Эгген. Предельно точная фотометрия звезд спектральных классов О-А0 вкупе с коллекцией звездных параллаксов позволила ему по зависимости показателя цвета (прим.: наличие звездной пыли в направлении луча зрения приводит к покраснению звезд, численно выражаемому показателем цвета) от расстояния сделать вывод о существовании пустой области, окружающей Солнце, уже в те годы.
Поток Сириуса
Попробуйте, не задумываясь, с ходу ответить на вопрос, какое рассеянное скопление самое близкое к нам. Первое, что приходит в голову: Гиады (150 св. лет). В действительности есть скопление еще ближе, чуть более старшее и оттого гораздо более рассредоточенное по небу. Его ядро - пять звезд Ковша Большой Медведицы, исключая Дубхе и Алкаиду (крайние на ручке и черпаке). Их собственное движение противоположно остальным звездам Ковша. Расстояние до этого скопления вдвое меньше, чем до Плеяд. Мицар, Алиот, Мегрец, Фекда и Мерах - его ярчайшие звезды ранних А-классов. Любимый наблюдателями Алькор, который не является физическим спутником Мицара, тем не менее тоже входит в это скопление. Ему принадлежат также и некоторые другие звезды, расположенные в области Ковша: 37 и 78 Большой Медведицы, а также несколько более слабых звезд созвездия, не видимых невооруженным глазом.
В реальности скопление Ковша - ядро целой движущейся группы звезд - обширного потока, представители которого встречаются сколь угодно далеко от Большой Медведицы. Если вы до сих пор об этом не знали, масса удовольствия вам гарантирована. Загляните в звездную карту, а лучше всего дождитесь ясного вечера и выйдите с журналом, картой и маленьким красным фонариком под открытое небо. Итак, начинаем путешествие.
Гемма, или Альфекка (альфа Северной Короны, 2.2m), 21 Малого Льва (4.5m), Расальхаг (альфа Змееносца, 2m), бета Змеи (3.6m), Зосма (дельта Льва, 2.5m), Менкалинан (бета Возничего, 1.9m), Каффалидма (гамма Кита, 3.5m), Курса (бета Эридана, 2.8m), сигма и эта Андромеды (4.5m и 4.4m). Список можно продолжать очень долго: в поток Большой Медведицы входит более сотни звезд. Сириус, находящийся почти на противоположной стороне горизонта, тоже принадлежит этому потоку! Именно поэтому Олин в своей оригинальной работе назвал его движущейся группой Сириуса. Приходится крутить головой? Ничего, зато теперь вы познакомились с одним из интереснейших звездных потоков, в гуще которого волей судьбы оказалось Солнце.
Международная группа астрономов под руководством Франчески Фигуэрас недавно выбрала из каталога Гиппарха молодые звезды главной последовательности спектральных классов B5 - F5, удаленные от Солнца не более чем на 250 пк, и нанесла на карту те из них, которые входят в поток Сириуса. На этой карте хорошо видно, что члены потока, вообще говоря, никак не концентрируются к его ядру - Ковшу Большой Медведицы. Покинув его, они растянулись в "трубку" и разбросаны у нас над головой по всему небу.
Карта неба в галактических координатах, на которую нанесены звезды главной последовательности спектральных классов B5-F5 из потока Сириуса. Кружками обведены принадлежащие ему звезды Ковша Большой Медведицы и Сириус.
"Звездные реки"
Можно провести аналогию между звездными потоками и реками. Вам когда-нибудь доводилось стоять в середине широкой, но неглубокой реки и наблюдать как ее вода обегает вас со всех сторон? В данном случае Солнце - это и есть вы. С той лишь разницей, что на Земле вы не можете стоять посередине сразу нескольких рек одновременно, а Солнце может: звездные потоки пересекают друг друга, никак не замечая этого.
Более глубокий взгляд обнаруживает еще одно существенное различие. Известно, что "нельзя дважды войти в одну и ту же реку" - поток уносится безвозвратно, и каждый раз вас омывает новая вода. Со звездными потоками все обстоит гораздо сложнее. Земному наблюдателю кажется, что звезды потоков носятся мимо Солнца во всех направлениях в неизвестность. Но если вы посмотрите на эти же потоки с галактической точки зрения поднявшись над Галактикой, вы увидите, что они как правило имеют орбиты, близкие к круговым, а их члены вращаются вокруг центра Галактики на сравнимых скоростях - порядка 200-250 км/с. Пройдя через любой из потоков, орбита Солнца лишь немного отклоняется от орбиты входящих в него звезд. Двигаясь почти на параллельном курсе, Солнце может снова пересечь этот же поток по прошествии, скажем, половины галактического года (чуть более 100 млн. лет). С точки зрения земного наблюдателя все это выглядит несколько странно: звезды, с которыми он уже распрощался, вдруг снова появляются на небосводе и бегут в обратную сторону!
А Солнце? Не принадлежит ли оно само какой-нибудь из "звездных рек"? Например, потоку Сириуса с самым близким к нам скоплением-ядром в Большой Медведице? Вообще, звездные потоки выделяют именно по собственной скорости относительно Солнца. Понятно, что наш поток, если бы таковой существовал, объединял бы звезды с самым малым собственным движением на небе. Они есть, но астрономы не называют их потоком. Почему? Вспомните о возрасте Солнца и сравните его с возрастом еще не растворившихся в Галактике движущихся звездных групп. Вам все ясно? Трудно представить, как может сохраниться в диске Галактики поток, совершивший десятки оборотов вокруг ее центра. И все же пример Арктура показывает, что старость еще не приговор...
Едва заметная голубая арка, образованная потоком молодых звезд (200-400 млн. лет) в галактике Центавр А. По-видимому, этот звездный поток появился в результате недавнего поглощения гигантской эллиптической системой небольшой спиральной галактики, которая уже разорвана приливными силами и растянулась в трубку.
Поток Арктура
Разговор об Арктуре мы прервали на том, что назвали его красным гигантом с очень большой скоростью относительно Солнца. Также упомянули о движущейся группе Арктура. Пришло время раскрыть остальные карты: анализ спектра этого близкого гиганта позволил оценить ускорение силы тяжести на его поверхности: всего около 0.35 м/с2. Радиус звезды с известным расстоянием, который обычно вычисляют по ее температуре и светимости, в случае Арктура удалось измерить напрямую с помощью оптического интерферометра Марк III, успешно работавшего на обсерватории Маунт Вильсон до начала 1990-х годов. Оказалось, что Арктур в 25 раз больше Солнца. Задача для школьника средних классов: определить, во сколько раз Арктур тяжелее Солнца, если ускорение силы тяжести на поверхности нашего светила 274 м/с2. Я и сам не поленился проделать эти нехитрые вычисления. Получилось, что красный гигант по имени Арктур на самом деле легче Солнца на 20%! Учитывая погрешность измерения силы тяжести на его поверхности (она в данном случае наибольшая), можно с уверенностью сказать, что он весит не больше 1.5 МО.
Эта оценка сразу превращает поток Арктура в экстраординарный: для того, чтобы стать красным гигантом, звезде с массой Солнца требуется более 10 млрд. лет! Старость потока Арктура бесспорна и подтверждается множеством других фактов. Все его звезды, к примеру, имеют очень низкую металличность, не превышающую 30% от солнечной. В этом они схожи со старыми звездами (население II), обитающими в галактическом гало. Вы не найдете в этом потоке звезд более ранних спектральных классов, чем G, и это понятно: в таком старом потоке их уже не осталось. ? Лисички, еще один красный гигант из этого же потока, виден на небе как слабая звездочка с блеском 4.4m. Другие его члены, особенно звезды главной последовательности (в том числе и древние близнецы Солнца класса G), как правило недоступны невооруженному глазу, хотя в небольшой бинокль их можно видеть десятками.
Если сравнить поток Арктура с рекою, это будет широкая, разлившаяся река, если вообще её можно назвать рекою. Некоторые его светила довольно высоко взбираются над диском Галактики - до 1 кпк, другие почти из него не выходят. Главный признак, по которому астрономы выделяют их на небе - сильное отставание от основной массы звезд в окрестности Солнца: примерно на 100 км/с. Это означает, что они движутся далеко не по круговым, а по сильно вытянутым галактическим орбитам с перицентрами глубоко в центральной области Млечного Пути. (Угловой момент Арктура составляет всего половину от углового момента звезд на круговой орбите в окрестности Солнца.) Отсутствие общей компоненты скорости вдоль линии центр-антицентр Галактики свидетельствует о том, что звезды этого потока, по-видимому, достигают в окрестности Солнца апоцентров своих орбит.
Как мы уже говорили, классические молодые звездные потоки никогда не имеют вытянутых эллиптических орбит. Это и понятно, ибо в целом они наследуют почти круговую скорость своего родительского облака в диске Галактики. Что за странное облако дало жизнь потоку Арктура? Да и было ли оно? Разброс металличностей у звезд потока оказался недопустимо высоким: от 30% до всего лишь 1% солнечной! Как могло появиться из одного и того же облака столь непохожее потомство? Да еще сохранить свой поток на протяжении более 10 млрд. лет.
Ответ на эти вопросы один. Предоставим слово канадскому астроному Джулио Наварро из Университета г. Виктории: "Все эти свойства лучше всего согласуются с теми, которые могли бы наблюдаться у группы звезд, которые являются останками... некогда поглощенной и разрушенной Млечным Путем небольшой галактики. Конечно, необходим дальнейший анализ, чтобы подтвердить наше предположение о том, что Арктур вместе с некоторыми другими яркими звездами небосвода мог родиться далеко за пределами Млечного Пути. Однако, мы не считаем его столь радикальным. Если вы верите в иерархическую модель формирования Галактики посредством слияний и поглощений меньших звездных систем - событий, которые в ранние эпохи случались намного чаще, то наша гипотеза хорошо в нее вписывается. Именно поглощенные галактики могли привнести в диск Млечного Пути значительную долю старых звезд с низкой металличностью".
Вхождение галактики-спутника в Млечный Путь могло произойти много миллиардов лет назад. Ее разрушение привело к появлению многочисленной группы движущихся звезд, число которых измерялось десятками и сотнями миллионов! Со временем их орбиты могли "размазаться" по диску галактики сколь угодно широко, полностью лишив поток Арктура классической трубкообразной формы его молодых аналогов. Но звезды, тем не менее, сохранили одинаковый угловой момент и одинаковое апоцентрическое расстояние. Здесь, около апоцентров, которые расположились как раз вдоль галактической орбиты Солнца, члены группы Арктура "кучкуются" теснее всего (скорость в апоцентре минимальна). Поэтому при взгляде на Галактику сверху поток Аркутра выглядит как кольцо с почти отсутствующей внутренней границей и очень резкой внешней. За пределы последней они никогда не выходят, если только случайное взаимодействие не сообщит им дополнительной энергии сверх того, что имела их материнская галактика при растворении в Млечном Пути.
Такие кольца, называемые оболочками, астрономы давно уже наблюдают в других галактиках, особенно эллиптических, и связывают их происхождение с поглощенными звездными системами. Другое дело увидеть такую оболочку у себя над головой! Выбрав Арктур в качестве "связного", мы с женой и не предполагали, что обмениваемся посланиями через молчаливого свидетеля бурной эпохи рождения Млечного Пути - внегалактического пришельца из иной звездной системы.