Изгубените братя и сестри на Слънцето

17 февруари 2019 г., 08:22
935

Aphelleon / Shutterstock

Насаме със звездното небе. Влюбени, поети, престъпници, караулни и просто страдащи от безсъние често се оказват в тази ситуация. Но мнозина от хората, които лелеят тези мигове, почти не си дават сметка, че нощта е може би най-конкретното измерение на космическата самота.

Нощта е тъмна, защото нашето ъгълче от Вселената е доста пустинно, разказва холандският астроном Симон Цварт. Нашето Слънце и семейството му от планети са като фермерско домакинство насред поле. Най-близките звездни съседи са толкова далеч, че са само светли точки на небето, а по-далечните се сливат в слабо сияние. Най-бързите ни космически сонди трябва да летят десетки хиляди години, за да стигнат до най-близката звезда.

Не всички звезди са толкова изолирани. Почти всяка десета е част от куп, рояк от стотици до десетки хиляди звезди с диаметър от няколко светлинни години. Повечето светила са родени в такива групи, които се разпадат в течение на милиарди години, като членовете им се смесват с другите в Галактиката.

Би ли могло нашето Слънце да е родено в подобен куп? Това би означавало, че нашият галактически квартал невинаги е бил толкова рядко населен. Той е обезлюдял с разпръскването на купа.

Доказателствата за подобен сценарий стават все повече, смята д-р Цварт, а само  допреди две-три десетилетия астрономите смятаха, че Слънцето е едно дете, без братя и сестри. Днес много учени са на мнение, че то е от семейство с близо 1000 други „деца”, почти всички родени по едно и също време. Ако ни беше имало в зората на Слънчевата система, околното пространство не би изглеждало толкова пусто. През нощта небето би било пълнo с

ярки звезди, няколко от тях - съперници на пълната Луна. Много биха се виждали дори и през деня. Като в „Звездната нощ” на Ван Гог.

Родният куп на Слънцето вероятно отдавна не съществува. Сглобяването на наличните данни и редица разумни предположения обаче дават известна представа за същността му. Въз основа на този модел д-р Цварт изчислява възможните траектории на бившите членове на рояка и сегашното им положение. Въпреки че са разпръснати и смесени с милиони несвързани звезди, те би трябвало да бъдат идентифицирани с помощта на Глобалния астрометричен интерферометър за астрофизика “Гея” (Gaia) на Европейската космическа агенция (ESA) - автоматична орбитална обсерватория, която трябва да полети през 2011 г. Уликите ще са техните орбити и слънцеподобният им състав. Намирането на тези разпилени роднини би позволило на астрономите да пресъздадат условията, при които един безформен облак от газ и прах се е превърнал в нашата Слънчева система.

Подозренията за богатото слънчево родословие се появяват през 2003 г.,

когато японският учен Шого Тачибана и американският му колега Гари Р. Хъс анализират два древни метеорита, смятани за почти девствени остатъци от образуването на Слънчевата система. В тях е открит никел 60, продукт на радиоактивното разпадане на желязо 60, в химични съединения, които би трябвало да съдържат само желязо. Това говори, че желязото е било подложено на някаква промяна, при която част от него става на никел, а той пък повече не се е изменял, оставайки „замразен” в този вид.

За да се синтезира и вкара в нашата система желязо 60 и да се „заключи” в метеорити преди полуразпада му, всичко това трябва да стане за космически миг от 2,6 млн. години. Тоест източникът на желязото не е Слънцето, но е бил някъде наблизо - най-вероятно взрив на свръхнова звезда. Въз основа на тези и на други изотопни измервания Лесли Луни от Университета в Илинойс стига до извода, че това е станало, когато Слънцето е било само на 1,8 млн. години, а разстоянието до избухналата звезда е било между 0,7 и 5 светлинни години.

Ако Слънцето е било толкова усамотено, колкото и сега, мястото и времето на такъв взрив биха били истинска случайност. Най-правдоподобното обяснение за тази случка е, че Слънцето и избухналата звезда са били роднини от един и същи куп.

Идеята, че Слънцето произхожда от звезден куп, е

в противоречие с класическите теории за куповете, все още често срещани в учебниците. 

Звездните купове се делят грубо на два вида: така наречените галактически, или отворени, и кълбовидни купове. Първите са малки, слабо населени и разположени предимно в равнината на нашата Галактика или близо до нея. Христоматийният пример е купът Пчелен кошер (M44 в каталога на Месие). Това е един от първите обекти, към които насочва телескопа си Галилео Галилей преди 400 години. Светлото петно в небето се оказва струпване от звезди - до 350, всичките образувани преди около 700 млн. години.

Кълбовидните купове, напротив, са много стари, гъсто населени и са пръснати из цялата Галактика, а не само в равнината на диска й. Първият (М15) е открит през 1746 г. от италианеца Джовани Маралди. Съдържа около милион звезди с възраст 12 млрд. години.

Проблемът е, че Слънцето не попада в нито една от двете категории. Напредналата му възраст от 4,6 млрд. години предполага, че трябва да е родено в кълбовиден куп, но мястото му в галактическия диск говори за отворено струпване. През последните две десетилетия обаче се изясни, че не всички купове се делят строго на тези два класически вида.

Причината за смяна на представите е R136 -

звезден куп, който се намира в Големия Магеланов облак - една от малките галактики, спътници на Млечния път. Забелязан през 1960 г., R136 първоначално е смятан за чудовищно голяма звезда, 2000 пъти по-масивна от Слънцето и 100 милиона пъти по-ярка. Но през 1985 г. двама немски астрономи доказват, че R136 е всъщност куп от около 10 хил. звезди на само няколко милиона години. Той е гъст като кълбовиден куп, но млад като галактически такъв: R136 е липсващото звено между тях. Вече са открити още няколко такива групи в нашата Галактика, а други галактики, като Aнтени например, съдържат стотици, ако не и хиляди от тях.

Откритието, че звездите се плодят в купове, толкова плътни, че може да бъдат объркани с единична звезда, разтърсва астрономическата общност. Теоретиците са в ужас: въпреки облекчението, че R136 се оказва нещо по-смислено от чудовищна суперзвезда, те трябва да преразгледат всичките си представи за звездните купове.

Според Цварт всички звезди, включително и Слънцето, са родени в тесни групи като R136. Всяко от тези струпвания се образува от един междузвезден газов облак и с течение на времето се развива в галактически или кълбовиден звезден куп в зависимост от своята маса и обкръжението си.

„Децата” в тези „ясли” са с най-различни маси, във всяка има по няколко тежки звезди и множество леки. Най-дребните, с маса около 10% от тази на Слънцето, са най-много. Бройката на членовете във всяка следваща теглова категория намалява 20 пъти за всяко десетократно увеличение на масата. 

Така за всяка звезда, тежаща 15 до 25 слънчеви маси - размерът на избухналата край младото Слънце свръхнова, един куп съдържа около 1500 по-малки звезди. Това определя и минималната маса на родилния куп на нашето светило. Максималната маса пък се определя от факта, че колкото купът е по-голям, толкова по-дълго едрите звезди се „утаяват” към центъра му, където с най-голяма вероятност може да засегнат малките си братчета. Моделите на Цварт показват, че

Слънцето е от семейство с по-малко от 3500 деца.

Звезда с тегло между 15 и 25 слънчеви маси избухва след кратък живот от 6 до 12 млн. години - тоест нашата се е образувала приблизително толкова години преди раждането на Слънцето. Това вече е наблюдавано в други групи, като най-известния Трапецовиден куп в мъглявината в Орион - дебелите, обречени „деца” обикновено се появяват най-напред, последвани от слънцеподобни звезди няколко милиона години по-късно.

Излиза, че купът на Слънцето е бил прекалено лек и не е станал кълбовиден. Масивните звезди в центъра му са изхвърляли газове под формата на звезден вятър и накрая са експлодирали, намалявайки плътността на материята в купа и отслабвайки гравитационното му поле. Съответно купът се е разширил и се e разпаднaл в течение на 100 до 200 млн. години.

Преди това обаче звездите му са натъпкани толкова близо една до друга, че преминаването на някоя от тях през системата на друга не би било изненада. Такава звездна среща би раздърпала планети, комети и астероиди от първоначалните им кръгови, близки до равнината на еклиптиката орбити в силно елиптични и наклонени такива.

Много от кометите, отдалечaващи се на над 50 астрономически единици (AE) отвъд орбитата на Плутон, имат силно изкривени орбити. Вътрешната динамика на Слънчевата система не обяснява тези специфични траектории. Най-вероятно те са повлияни от звезда, преминала на около 1000 АЕ от нас. Планетите ни обаче имат доста правилни орбити, което показва, че

никой звезден натрапник не е припарвал на по-малко от 100 АЕ от Слънцето.

Така Цварт стига до диаметър на слънчевия куп от по-малко от 10 светлинни  години - иначе едва ли биха се срещнали две звезди. Същевременно, за да не се сближат на по-малко от 100 АЕ, купът не би могъл да е с радиус по-малък от 1,5 светлинни  години. Накратко - родилният куп на Слънцето е бил доста плътен, но звездите са били достатъчно далеч една от друга, за да не си пречат при образуването на планети.

На базата на няколко смели предположения може да се търси дори някогашното място на този куп. Слънчевата система се върти около центъра на Галактиката в почти кръгова орбита, повече или по-малко в самия диск. В момента ние сме на около 30 хил. светлинни години от центъра и на около 15 светлинни години над равнината на диска, като летим със скорост от 234 км/сек. Това означава, че Слънцето е обиколило Галактиката 27 пъти от образуването си досега. Орбитата му не е затворен кръг, а по-сложна линия, определяна от гравитационното поле на Галактиката.

Съгласно модела на Цварт Слънцето

е родено на разстояние 33 хил. светлинни години от центъра и на 200 светлинни години над галактическата равнина.

Това място не пасва на факта, че периферията на Галактиката е по-бедна на тежки елементи от вътрешността й. В най-отдалечената галактическа „провинция” може да няма достатъчно материал за планети, да не говорим за поява на живот. Въз основа само на съдържаните от Слънцето тежки елементи астрономите биха очаквали системата ни да е образувана 9000 светлинни години по-близо до центъра на Млечния път.

Има вариант свръхновата, „засяла” метеоритите с желязо 60, да е обогатила Слънцето и с тежки елементи. А може и моделираната траектория на Слънцето да е различна от реалната поради влиянието на близки звезди и газови облаци.

Бившите членове на слънчевото семейство също трябва да летят по орбитите си с повече от 200 км/сек. Но тяхната относителна скорост, определена от гравитационните им взаимодействия в оригиналния куп, е само няколко километра в секунда. Първоначалният рояк се е разтеглил в дъга много бавно. След 27 обиколки тя трябва да се е проточила на половин галактична обиколка.

Според Цварт около 50 братя и сестри на Слънцето все още трябва да са в границите от 300 светлинни години от сегашното ни място. Общо 400 роднини са не по-далеч от 3000 светлинни години. В зависимост от първоначалната им относителна скорост и времето на напускането на купа Слънцето ги следва по петите или обратното.

Най-доброто място за диренето им е в равнината на диска на Галактиката,

по посока на движението на Слънчевата система - или точно в обратната - в посока на съзвездията Лебед и Корабни платна. По тази задача вече се работи, но основните надежди са свързани с орбиталната обсерватория “Гея”. С помощта на два телескопа апаратът ще направи пълни триизмерни паспорти с характеристики и пространствени движения на няколко милиарда звезди - фактически на всички, в рамките на няколко хиляди светлинни години от Слънцето. Сред тях можем да потърсим звездите, разположени по изминатите и бъдещите орбитални пътеки на нашето светило. Съставът на тези роднини трябва да прилича на слънчевия, защото би трябвало да споделят не само общ строителен материал, но и замърсяването от предполагаемата свръхнова.

Улавянето на дори едно братче на Слънцето ще предостави много необходима информация за най-ранните дни на Слънчевата система, исторически период, за който в момента се знае много малко. Теоретиците ще могат да изчислят родното място на Слънцето с по-голяма точност и да определят например дали гравитационното поле на Галактиката не се е променило съществено за няколко милиарда години. Не на последно място, слънчевите братя и сестри ще бъдат отлично място за търсене на обитаеми планети. Много от странностите на Слънцето - например фактът, че край него има живот, може да бъдат обяснени в контекста на неговото семейство.

Автор: Петър Кънев

Коментари