Всплеск рождаемости среди звезд

Пока геологи удивлялись своим находкам и представляли себе Землю в виде гигантского снежка, астрономы были поражены не меньше, обнаружив галактики более теплые, чем все привыкли думать. Впервые их засекла в 1983 году Инфракрасная орбитальная обсерватория IRAS — засекла именно потому, что эти галактики испускали сильные, хотя и невидимые — инфракрасные — лучи. В 1998 году, когда Космическая инфракрасная обсерватория ISO проанализировала сотни таких сверхсветящихся объектов, Райнхард Гензель из Института внеземной физики общества Макса Планка в Гаршинге объявил о выводах астрономов:

«Мы впервые можем доказать, что большая часть светимости сверхсветящихся инфракрасных галактик связана с активным образованием звезд. Как именно происходит столь бурное звездообразование и как долго оно может длиться — сейчас это один из интереснейших вопросов в астрофизике».

Носители такой бешеной активности получили название «галактики взрывающихся звезд». Источником инфракрасного излучения при этом служит теплая пыль, образовавшаяся в результате взрывов огромного количества массивных, но недолговечных звезд. Часто, если не всегда, звездные взрывы случаются из-за столкновений галактик. На фотографиях, сделанных большими телескопами, мы видим много таких изумительных дорожно-транспортных происшествий.
Даже если каждая галактика — участница ДТП состоит из многих миллиардов звезд, ее «пассажиры» — собственно звезды — настолько удалены друг от друга, что вероятность их прямого соударения маловероятна. Но так как галактики несутся на высокой скорости, столкновения облаков межзвездного газа создают ударные волны, которые сильно сжимают газ, что приводит к рождению новых звезд. Более спокойные, «долгоиграющие» возмущения, которые привели к появлению ярких спиральных рукавов нашей Галактики, порождают в среднем примерно две новые звезды в год. В «галактике взрывающихся звезд» рождаемость может быть в пятьдесят или даже сто раз выше.
Большие скопления галактик легко вальсируют друг с другом. Нам дано увидеть лишь статический снимок космического танцевального зала, потому что на каждое па может уходить несколько сотен миллионов лет. Хореографом здесь выступает гравитация — причем не только лишь та гравитация, что представляет собой взаимное тяготение множества звезд и черных дыр, составляющих галактики, но и намного более сильная гравитация таинственной темной материи, которая способна удерживать скопления галактик. Помимо «галактик взрывающихся звезд», активных ныне, существуют большие галактики, которые пережили подобную бурную молодость и в некоторых случаях настолько истощили запасы межзвездного газа, что образование в них новых звезд и вовсе прекратилось.
В плотно упакованных группах галактик столкновения неизбежны. Судьба многих массивных звезд — стать сверхновыми, и интенсивность космических лучей в «галактиках взрывающихся звезд» настолько высока, что нам остается только гадать, могла бы уцелеть жизнь на поверхностях их планет. Еще хуже то, что большая группа галактик ловит в капкан почти все космические лучи, образованные в галактиках-участницах, вместо того чтобы позволить заряженным частицам свободно выскользнуть во Вселенную.
Вероятно, жизнь могла бы сохраниться только в малонаселенных областях космоса, где она меньше подвержена влиянию больших звездных взрывов и долгоживущих космических лучей. Наша Галактика, Млечный Путь, — везунчик в этом смысле. Хотя телескопы обнаружили «по соседству» с нами около пятидесяти галактик в области пространства с поперечником примерно пять миллионов световых лет (все вместе мы называемся «местная группа»), большинство из них очень маленькие.
Только три близлежащие галактики можно увидеть невооруженным глазом. Большое и Малое Магеллановы Облака — небольшие галактики, но они находятся довольно близко от Земли, и в 1519 году в южном небе их легко смог заметить Фернан Магеллан. Они выглядят как неаккуратные клочки, оторвавшиеся от Млечного Пути. На севере есть довольно тусклая галактика Андромеды, обнаруженная персидскими астрономами в X столетии. Сегодня мы знаем, что это большая спиральная галактика — сестра Млечного Пути, находящаяся от нас почти в трех миллионах световых лет. Сейчас галактика Андромеды движется в нашем направлении. Не исключено, что она столкнется с Млечным Путем и в конце концов сольется с ним в грандиозном звездном объятии, но это может случиться лишь через пять миллиардов лет.
Впрочем, чтобы началось образование звезд, не обязательно ждать прямого столкновения. Когда две галактики проходят близко друг от друга, гравитация подливает масла в огонь каждой из них, вызывая приливы и сжимая межзвездный газ. Некоторые маленькие галактики в местной группе служат спутниками больших, как, например, Магеллановы Облака, которые ходят по орбите вокруг Млечного Пути. Они самые вероятные кандидаты для столкновения, способного вызвать звездные взрывы. Хотя силу звездных взрывов в Млечном Пути нельзя сравнить с тем, что происходит в инфракрасных галактиках, эти всплески энергии могут в достаточной степени увеличить скорость рождения и умирания звезд, чтобы интенсивность космических лучей заметно возросла.
Чтобы узнать, когда изменилась скорость звездообразования, астрономы взялись за перепись звезд. Если вы находите в определенном человеческом сообществе необычайно большое количество ровесников, вы понимаете, что они родились на всплеске рождаемости. Так же и со звездами. Но чтобы подсчитать возраст звезд, астрономы сначала должны узнать, насколько далеко они находятся. Им помог в этом европейский спутник «ГИППАРКОС»[77], собравший сведения, на основании которых в 1997 году была составлена карта звездного неба.
Астрономы из Бразилии и Финляндии использовали эту карту, чтобы сравнить возрасты пятисот ближайших к Земле звезд. В 2000 году Элиу Роша-Пинту и его коллеги сделали доклад, где говорилось, что за свою долгую историю Галактика пережила несколько всплесков рождаемости звезд. Те звезды, которые мы можем видеть и сегодня, несомненно, относятся к числу благопристойных долгоживущих звезд. Они пережили своих массивных сестер, быстро взорвавшихся в период активного звездообразования и исторгнувших из себя стаи заряженных частиц.
Один из таких всплесков рождаемости произошел 2,4–2 миллиарда лет назад. Доказательством этому служит необыкновенное количество звезд-ровесниц в Малом Магеллановом Облаке. Их одинаковый возраст указывает на то, что, вероятно, по соседству проходила какая-то галактика, причем проходила достаточно близко, и это вызвало ответную реакцию в Млечном Пути. С другой стороны, некоторые астрономы подозревают, что нарушителем спокойствия было Большое Магелланово Облако. Пока у нас есть весьма приблизительные сведения о том, как сближаются и расходятся Магеллановы Облака и другие наши небольшие соседи в своем неуклюжем танце. Столь же приблизительно и расписание «перигалактиконов», то есть приближений к нашему Млечному Пути других галактик. В 2015 году космический телескоп «Гайя» должен будет предоставить астрономам более точные измерения ближайших к нам галактик. Но до этого времени любые графики будут оставаться приблизительными.
Между тем все еще стоит вопрос о том, как связаны между собой первый эпизод «Земли-снежка», случившийся 2,3 миллиарда лет назад, и обнаруженный Роша-Пинту взрыв звездной рождаемости, произошедший 2,4–2 миллиарда лет назад. У нас есть все основания подозревать, что эти два события объединяет необычайно интенсивная атака космических лучей, обрушившихся на Землю. Но если это было больше, чем случайное совпадение, тогда последующий период, освободивший планету ото льда, должен быть связан с низкой звездной рождаемостью. Для Шавива это было ключевым моментом в его доказательствах: «Долгий период между двумя миллиардами лет назад и миллиардом лет назад, в течение которого не происходило известных нам оледенений, совпадает с очень низкой скоростью звездообразования»[78].

Последний эпизод «Земли-снежка», начавшийся около 750 миллионов лет назад, также можно привязать к подъему звездной рождаемости, только уже другому. Перепись звезд, произведенная Роша-Пинту с помощью «ГИППАРКОСа», подтверждает, что в период между двумя миллиардами лет назад и миллиардом лет назад действительно рождалось крайне мало звезд. Однако, судя по переписи, и после этого затишья скорость рождения звезд была не очень значительной. Более убедительно выглядят результаты другого исследования, объявленные в 2004 году Раулем де ла Фуэнте Маркосом из мадридского филиала университета Саффолка и Карлосом де ла Фуэнте Маркосом из Мадридского университета Комплутенсе. Они изучили данные об определенных группах звезд, так называемых «открытых кластерах» — под этим именем они уже много лет фигурируют в астрономических каталогах, — и, получив немало иных результатов, ученые также высчитали скорость, с которой шло звездообразование приблизительно 750 миллионов лет назад. Двое де ла Фуэнте Маркосов отметили актуальность этих расчетов для исследования, проводимого Шавивом.

«Судя по всему, сценарий „Земли-снежка“ связан с самым сильным эпизодом звездообразования, зафиксированным в окрестностях Солнечной системы за последние два миллиарда лет»[79].

Для нас очень существенно, что еще одна группа ученых поддержала идею о крайне важной роли космических лучей, влиявших на климат на протяжении всей истории Земли. Когда гипотеза ложна, новые опыты и наблюдения обычно вступают с ней в противоречия, но если теория верна — имеет место обратное. И, по мере того как уточняются факты, она становится лучше и лучше.