От Юпитера до края Вселенной: пять важнейших открытий «Хаббла»
В апреле 2018 года исполнилось 28 лет с момента запуска телескопа «Хаббл». Благодаря ему ученые получили более миллиона уникальных фотографий космоса. Человечество узнало, как рождаются и гибнут звезды, возникают планеты и сталкиваются галактики, как выглядит полярное сияние на Юпитере и Сатурне и что происходит на поверхности Плутона. «МИР 24» вспоминает самые значимые научные открытия, сделанные благодаря «Хабблу».
Начало времен
Еще в 1920-е годы астроном Эдвин Хаббл, подаривший свое имя телескопу, и его коллеги пришли к выводу, что наша Вселенная постоянно расширяется.
Они вывели «постоянную Хаббла» – скорость растяжения галактик. Обратная ей величина приблизительно показывает время, когда космические системы находились рядом.
Телескоп измерил расстояние до 31 переменной звезды (цефеиды). Эти данные в совокупности с результатами измерений реликтового излучения позволили определить скорость растяжения Вселенной и установить ее относительно точный возраст – 13,7 млрд лет (с погрешностью на несколько сотен миллионов).
Темная энергия
Законы физики гласят, что расширение Вселенной должно замедляться, поскольку на этот процесс влияют гравитационные силы галактик. Но оно, наоборот, ускоряется.
Согласно современной теории, на этот процесс влияет некая неизвестная пока составляющая, получившая название «темной энергии». Наблюдения «Хаббла» помогли рассчитать, что эта энергия содержит ¾ полной плотности энергии Вселенной.
Черные дыры
Наблюдения «Хаббла» помогли подтвердить существующую с 1960-х годов теорию о сверхмассивных черных дырах, которые служат источниками энергии квазаров и других активных ядер галактики. Почти в каждой изучаемой галактике обнаружили признаки расположенной в центре черной дыры. При этом для ее питания оказались нужны особые условия (квазары располагаются только в ярких эллиптических или взаимодействующих галактиках). Открытием стало и то, что масса черной дыры соответствует массе сферического звездного скопления вокруг галактического центра, следовательно – их формирование и эволюция тесно взаимосвязаны.
Взрыв сверхновой
Одним из важнейших наблюдений «Хаббла» стал взрыв сверхновой. Космическая катастрофа произошла за три года до вывода телескопа на орбиту, но он успел зафиксировать многие связанные с этим явления и пролить свет на загадку гибели звезд.
По существующей теории, звезда, исчерпавшая запасы топлива, теряет возможность удерживать собственный вес. Ее ядро превращается в нейтронную звезду, а внешние слои газа выбрасываются в пространство. В феврале 1987 года нечто подобное произошло совсем близко от Земли – в соседней галактике (Большом Магеллановом облаке).
«Хаббл» заснял три кольца, возникшие вокруг умирающего светила, а в 1994 году отметил яркие пятна в центральном из них – последствия столкновения с выбросами сверхновой. Наблюдения продолжаются до сих пор.
Отметим, что взрыв происходит только со звездами массой в 8 – 25 раз больше Солнечной. Светила, подобные нашему, умирая, постепенно сбрасывают газовые слои. Этот процесс может занять до 10 тысяч лет. Когда ядро обнажается, то ионизирует извергнутый газ. В результате образуется планетарная туманность.
Загадка Юпитера
В 1993 году астрономы обнаружили в пределах Солнечной системы комету, получившую имя Шумейкеров-Леви 9 (по фамилиям своих первооткрывателей). Расколовшись на несколько фрагментов, она на большой скорости двигалась к Юпитеру. Ученые предположили, что произойдет столкновение, и не ошиблись.
В июле 1994 года обломки небесного тела упали на поверхность планеты, и «Хаббл» фиксировал этот процесс. Это столкновение объектов Солнечной системы стало первым, какое удалось пронаблюдать от начала до конца.
На снимках телескопа видно, что после падения над поверхностью Юпитера поднялись грибовидные облака, как от ядерного взрыва. Волны от столкновений расходились со скоростью 450 км/ч. Проанализировав их движение и динамику, астрофизики пришли к выводу, что отношение кислорода к водороду в атмосфере Юпитера может быть вдесятеро больше, чем на Солнце. Но современная теория образования этой планеты гласит, что газовый гигант возник в результате гравитационной неустойчивости первичного газопылевого диска, и его состав должен соответствовать химическому составу Солнца. Данное противоречие дало научному сообществу новую пищу для размышлений.