http://93.174.130.82/digest/showdnews.aspx?id=6d6cb233-a185-4e44-8b5a-da8488be9af3&print=1© 2024 Российская академия наук
Определение возраста звезд влечет за собой решение самых различных научных задач и космологических прогнозов
Наше Солнце будет гореть еще 5 млрд. лет
ОБ АСТРОНОМАХ МНОГИЕ думают как о погруженных в профессию чудаках, годами наблюдающих в телескоп за небесными телами ради удовлетворения абстрактного научного любопытства. На самом деле их жизнь кипит событиями и открытиями: то спутник с международной программой исследований запустят, то у Марса обнаружат жидкое ядро, то сфотографируют похожую на Солнце звезду вроде Альтаира. Особо привлекательную таинственность несут в себе сообщения о возрасте светил, исчисляемом миллиардами лет. Например, недавно ученым из Университета штата Техас удалось обнаружить самую старую звезду нашей Галактики - Млечного пути. Ее прозвали "объект НЕ 1523-0901" и вычислили возраст, который составляет примерно 13, 2 млрд. лет. То есть она образовалась буквально через 500 млн. лет после Большого взрыва. Для сравнения: возраст нашей Солнечной системы составляет всего 4, 6 млрд. лет. Точности вычислений весьма способствовала совершенная астрономическая аппаратура большого составного телескопа Very Large Telescope (VLT) - собственности Европейской южной обсерватории, которая находится в Чили.
Хотя в данном случае решающую роль играло не оборудование, а нестандартный метод вычислений, отдаленно напоминающий радиоуглеродный анализ. Главным в этом деле было правильно выбрать изотоп, распад которого играл бы роль космических часов. Для надежности исследователи воспользовались сразу несколькими радиоактивными элементами, соотношение которых прекрасно характеризует возраст светила и его генезис во Вселенной: уран-торий, уран-иридий, торий-европий и торий-осмий. По словам руководителя научной группы Анны Фребель, для измерения возраста звезды достаточно знать, в каких количествах эти металлы присутствовали в ее веществе вначале, а затем измерить их количество сейчас, что и было проделано. И по всем превращениям вышло, что звезда НЕ 1523-0901 родилась вскоре после Большого взрыва.
ИЗ КОСМОСА ВИДНЕЕ
НА САМОМ деле мерить параметры светил удобнее прямо во Вселенной, поскольку земная атмосфера надежно закрывает наземные телескопы от ультрафиолетового излучения. "Для решения большинства задач космологии, исследования физических и химических процессов в галактиках, межгалактической среде, звездах, межзвездной среде и Солнечной системе, а, в конечном счете, для решения важнейшей задачи познания - происхождения и эволюции Вселенной - наблюдения в УФ либо уникальны и принципиально важны, либо позволяют весьма существенно расширить и уточнить знания, накапливаемые с помощью других средств", - утверждает директор Института космических исследований РАН Борис Шустов. Для того чтобы получить беспрепятственный доступ к УФ-излучению, Россия, Испания, Италия, Германия, Китай и Украина строят Всемирную космическую обсерваторию - "Ультрафиолет" (World Space Observatory/Ultraviolet, ВКО/УФ - WSO/UV). Проект финансируется Роскосмосом и включен в Федеральную космическую программу России на 2006-2015 годы. По словам Шустова, Россия в этом проекте обеспечивает создание ультрафиолетового телескопа и спутниковой платформы, на которой он будет установлен, вывод его на геосинхронную орбиту с космодрома Байконур с помощью тяжелой ракеты "Зенит 2СБ" и управление им. В целом стоимость проекта составляет 300 млн. евро. "По возможностям проект ВКО/УФ будет сравним, а по некоторым характеристикам заметно превосходить американский космический телескоп имени Хаббла", - не без гордости постулирует Борис Шустов.
А что же исследования в ультрафиолетовом спектре могут дать определению возраста звезд? Да очень многое. Дело в том, что вскоре после Большого взрыва горячий водород охлаждался, слипался в галактики и испускал фотоны с длиной волны, находившейся именно в ультрафиолетовой области спектра. Этот процесс формирования ранних галактик имеет характерную длину волны - 121, 6 нанометра, прозванную лаймановской альфа-линией. Так что измерять возраст, яркость и прочие характеристики звезд удобно именно из космоса с помощью ультрафиолетового телескопа.
СТАРЫМ ДЕДОВСКИМ СПОСОБОМ
УВЛЕКАЯСЬ ультрафиолетом, не стоит забывать, что Вселенная постоянно расширяется, и длины волн, испускаемых удаляющимися светилами, все время увеличиваются. Так из УФ-диапазона они переходят в видимую часть спектра, и астрономы могут вычислить расстояния до галактик и звезд, а значит, и их жизненный путь, просто измеряя красное смещение. Но есть и еще один параметр, которым многие десятилетия пользуются ученые всего мира. "Для вычисления возраста звезды главное - знать ее массу", - определяет задачу руководитель отдела физики и эволюции звезд Института астрономии Александр Тутуков. А его коллега Николай Александрович из Института космических исследований РАН (отдел астрофизики высоких энергий) поясняет: "Масса звезды кардинально влияет не только на время ее жизни, но и вообще на весь ход ее эволюции. Ведь ядерные реакции, протекающие в центральных областях звезд, очень чувствительны к температуре. И чем она выше, тем интенсивнее будут ядерные реакции, и тем больше энергии будет выделяться. Поэтому, хотя в массивной звезде намного больше вещества ("горючего"), "прогорать" оно будет быстрее, и время жизни такой звезды окажется меньше, чем у маломассивной. Другими словами, звезды с большой массой живут "яркой жизнью" , но недолго, а маломассивные - наоборот, едва светят, но очень долго. Так, время горения водорода у звезды с массой Солнца составляет примерно 10 млрд. лет, в 5 раз более массивных - 70 млн. лет, а в 15 раз более массивных - всего 10 млн. лет".
Конкретные примеры - массивная звезда Ригель из созвездия Орион излучает в 50 тыс. раз больше энергии, чем Солнце, но время жизни такой звезды - всего пара десятков миллионов лет, то есть она появилась на земном небе уже после вымирания динозавров! А на другом конце шкалы масс можно отметить ближайшую к нашему Солнцу звезду Проксима Центавра, относящуюся к классу красных карликов и почти в 20 тыс. раз более "тусклую", чем Солнце, но в то же время и весьма "долгоживущую" - десятки миллиардов лет. Знание возраста звезд и других небесных тел важно для понимания эволюции Вселенной в прошлом, настоящем и будущем. В частности, возраст Солнца оценивается примерно в 5 млрд. лет, то есть находится где-то на середине стадии горения водорода. Такая оценка позволяет сделать вывод, что в нынешнем виде Солнце просуществует еще примерно 5 млрд. лет. Это подтверждается и наблюдениями - в старейших из известных звездных скоплений (возраст которых - более 10 млрд. лет) звезды с массой Солнца все еще находятся на стадии горения водорода". Особенно интересен вопрос о возрасте светил, у которых обнаружены планетные системы, - такая информация необходима для оценки возможности существования жизни на этих планетах.