Знание-сила, 2004 № 07 (925)

В1961 - 1968 гг. Джеймс Уэбб был администратором НАСА

В лаборатории НАСА ведутся испытония уменьшенной модели зеркала телескопа имени Уэбба

Среди открытий, сделанных зондом Уилкинсона (см. "Знание — сила", 2003, № 10), есть одно, о котором вспоминали не в первую очередь, но его ценность от этого ничуть не уменьшилась.

Итак, было установлено, что уже через 100 — 400 миллионов лет после Большого Взрыва (различные модели по-разному датируют это событие) в космосе появился свет от первых гигантских звезд. Вот как это происходило.

Под действием гравитации газопылевые облака сжимались, разодеваясь до температуры выше 1000 Кельвинов. Давление раскаленных газов препятствовало их дальнейшему сжатию. Внутри облаков возникали молекулы водорода. Они сталкивались с одиночными атомами водорода, отдавая тепло. Это приводило к тому, что отдельные области облаков охлаждались почти до 0 градусов Цельсия.

Охлажденные области сжимались, образуя первые звезды. Их масса превышала солнечную массу в 100 — 1000 раз, а температура была выше температуры поверхности Солнца примерно в 20 раз и составляла около 100 тысяч градусов. Первые звезды отдавали свою энергию в основном в виде ультрафиолетового излучения. Облака водорода и гелия, окружавшие их, разогревались и ионизовались.

Из-за своих гигантских размеров первые звезды были недолговечны, зато выглядели куда внушительнее и импозантнее, чем нынешние светила. По прошествии нескольких миллионов лет они взрывались. Взрывы сверхновых обогашали материю Вселенной — а поначалу она состояла из водорода, гелия и микроскопических количеств лития, бериллия и бора, — более тяжелыми элементами, прежде всего кислородом и углеродом. Эти элементы эффективно охлаждали космическое пространство. Уже через миллиард лет после Большого Взрыва средняя температура Вселенной составляла всего 19 Кельвинов. Подобная температура благоприятствовала зарождению небольших звезд. Количество их стремительно росло, и все чаще взрывались сверхновые звезды.

Реликтами этих давних взрывов являются черные дыры (см. "Знание — сила", 2002, N° 4). Теперь в центре практически каждой крупной галактики располагается свсрхмассивная черная дыра.

Первые протогалактики образовались уже вскоре после рождения первых звезд. Их протяженность составила от 30 до 100 световых лет, а масса — от 100 тысяч до миллиона масс, равных Солнцу. Они были заполнены облаками пыли, состоявшей из тяжелых элементов. Одна из таких древних галактик обнаружена в созвездии Большой Медведицы. Она возникла почти 13 миллиардов лет назад и теперь не видна в оптическом диапазоне.

В ожидании запуска Космического телескопа имени Уэбба астрофизики, изучающие отдаленное прошлое Вселенной, продолжат наблюдение за квазарами — точечными квазизвездными объектами, излучающими неимоверное количество энергии. Уже сейчас выявлено несколько тысяч квазаров. Наблюдения за ними принесли в последние годы несколько любопытных открытий.

Так, с помощью Космического телескопа имени Хаббла удалось обнаружить пепел первых звезд: спектр трех самых далеких квазаров содержит линию поглощения железа. Этот элемент образовался в недрах первых звезд и выделился в космическое пространство при их взрыве. "Столь раннее образование железа и других тяжелых элементов, — подчеркивает американский астроном Майкл Корбин, — свидетельствует, что сырье для создания планет появилось намного раньше, чем сформировалась Солнечная система".

В созвездии Феникса, в 36 тысячах световых лет от Земли, астрономы Европейской Южной обсерватории открыли звезду НЕ 0107—5240, почти не содержащую тяжелых элементов. Так, здесь в 200 тысяч раз меньше железа, чем в недрах Солнца. Всего же эта звезда содержит лишь девять тяжелых элементов—обычно их не менее 40— 60. Возможно, обнаружена одна из древнейших звезд. Небольшое количество тяжелых элементов могло осесть на ес поверхность при взрыве соседних сверхновых. По другой гипотезе, она принадлежит ко второму поколению звезд, зародившихся во Вселенной, и тяжелые элементы достались ей от предшественниц.

Экспедиция телескопа имени Уэбба продлится от 5 до 10 лет. Стоимость программы —1.2 миллиарда долларов (телескоп Хаббла обошелся почти в два раза дороже).

Доля европейцев — 20 процентов запланированного бюджета. Им будет выделена соответствующая квота рабочего времени. Возможно, что телескоп будет выведен в космос с помощью европейской ракеты "Ариан".

Кратная история Вселенной

А, действительно, как быть с Космическим телескопом имени Хаббла? Судьбо старого телескопа пока неясна. Известно лишь, что может произойти после 2010 года.

На это время придется очередной пик солнечной активности, что сопряжено с изменением плотности верхних слоев атмосферы. Хаббловский телескоп начнет двигаться в сторону Земли. "Скайлэб" на Землю падал, "Мир" тоже, теперь — еще один космический снаряд? Пожалуй, что нет. В НАСА подготовлены три сценария завершения работы телескопа имени Хаббла: пилотируемый космический челнок стыкуется с телескопом и доставляет его на Землю; беспилотный челнок доставляет телескоп на Землю; автоматический зонд переводит телескоп на другую, более высокую орбиту.

В случае доставки телескопа на Землю Национальный музей авиации и космонавтики в Вашингтоне планирует выставить его в качестве экспоната.

Космический телескоп имени Хаббла

В момент Большого Взрыва возникли лишь самые легкие элементы. Все остальные элементы, в том числе углерод, кислород и азот, образовались в результате термоядерного синтеза в недрах звезд. Кроме того, часть тяжелых элементов, очевидно, образовалась при столкновении нейтронных звезд — сверхплотных карликов радиусом несколько километров.

Группа английских и швейцарских астрономов смоделировала этот процесс на компьютере. В их модели две нейтронные звезды, сближаясь по спиральным траекториям, сливались друг с другом, образуя черную дыру. Удар сопровождался мощным всплеском гамма-излучения. Материя звезд разогревалась до 100 миллиардов градусов и частично выбрасывалась в окружающее пространство. Многие ядра атомов, особенно атомов железа, захватывали дополнительные нейтроны и трансформировались в более тяжелые элементы: в платину, золото, уран. Как показывают расчеты астрономов, количество и соотношение этих элементов, возникавших в их компьютерной модели, хорошо согласуются с теми же показателями для Солнечной системы. Очевидно, большая часть золотых запасов современного человечества впрямь родилась в чудовищных сшибках нейтронных звезд.