Спросите Итана: могут ли звёзды сбежать из галактики, не повредив планеты?

Хотя звёзды в нашей галактике будут жить миллиарды лет, иногда с какой-нибудь из них может произойти катастрофа, которая выкинет её со стабильной орбиты по галактике. Может ли быть так, что эта звезда не просто сойдёт с орбиты, но и насовсем покинет галактику? А если так, может ли быть, что она сможет удержать свои планеты, в результате чего появится обитаемый межгалактический мир, в котором ваше «солнце» (и возможно, несколько других планет) будут единственными видимыми светилами? Наш читатель на этой неделе спрашивает:

Может ли звезда вырваться из гравитационного притяжения галактики? Если да, то может ли она прихватить с собой планеты, движущиеся по орбите вокруг неё? Если так, и если вы окажетесь на такой планете и посмотрите в ночное небо, увидите ли вы созвездия, состоящие из галактик?


Компактная Группа Хиксона 31 ^[1], снимок Хаббла. Красивое «созвездие», но по яркости сравнимое с несколькими звёздами из нашей галактики – их можно отличить по дифракционным лучам ^[2]

Когда вы смотрите на звёзды в ночном небе, для вас может отказаться удивительным осознание того факта, что все они находятся в нашей галактике Млечный Путь. Более того, практически все звёзды, что мы можем видеть, расположены в нескольких сотнях световых лет от Земли – а это мелочь по галактическим масштабам. Как и наше Солнце, они двигаются вокруг центра нашей Галактики со скоростью порядка 220 км/с, большинство из них двигается относительно этого вращения со скоростью в ±20 км/с, поэтому относительное расположение звёзд со временем меняется. Практически каждая из них – не просто пламенный шар ядерного синтеза и света, а скорее всего, обладатель своей собственной солнечной системы, вместе с планетами, а иногда и с другими звёздами. По большей части эти звёзды просто двигаются по галактике по аккуратной, стабильной орбите, благодаря тому, что притяжение Млечного Пути довольно предсказуемо, и что другие звёзды проходят вблизи них довольно редко.

Расстояния между Солнцем и многими ближайшими звёздами показаны верно, но если бы рисунок был в масштабе, то даже самые крупные из звёзд по размеру были бы меньше, чем одна миллионная часть пикселя.

Но звёзды живут очень долго, и хотя расстояния между ними огромны, сближения происходят довольно регулярно. Хотя скорости в ~220 км/с достаточно, чтобы двигаться по почти круговой орбите вокруг галактического центра, ещё нескольких сотен км/с будет достаточно, чтобы полностью покинуть галактику. На основе результатов эксперимента RAVE ^[3] (эксперимент с радиальной скоростью), где были собраны данные о сотне высокоскоростных звёзд, мы определили, что общая масса Млечного Пути составляет порядка 1,6 трлн солнечных, а значит, скорость убегания на нашем расстоянии от центра будет находиться в промежутке 500-550 км/с. Дополнительный толчок со скоростью 300 км/с в нужном направлении – и мы начнём двигаться в межгалактическое пространство.

Четыре убегающих звезды пробираются через участки с плотным межзвёздным газом, оставляя яркие волны и следы светящегося газа

Близкое гравитационное взаимодействие звёзд – не такое уж редкое явление. Примерно раз в миллион лет звезда подходит близко к облаку Оорта ^[4], и, вероятно, раз пять в нашей истории, звезда подходила к нам на расстояние пояса Койпера ^[5]. В нашей галактике есть несколько настолько быстро движущихся звёзд, что мы уверены в том, что они недавно получили гравитационное ускорение от какой-то массы – как звезда Мира ^[6], из-за быстрого движения сквозь межзвёздное пространство оставляющая позади себя хвост.

Мира, двигаясь с дополнительной скоростью в «всего лишь» 63 км/с, не оставит нашу Галактику в ближайшее время, но необходимо отметить, что у неё есть компаньон, белый карлик – а из этого следует, что сильных «пинков» гравитации бывает недостаточно для того, чтобы разорвать солнечную систему! Мы можем посмотреть на самую быструю звезду Млечного Пути – US 708 ^[7] – чтобы познакомиться с убегающей звездой. Скорость в 1200 км/с она могла получить от сверхновой (возможно, даже от редкой сверхновой «двойного взрыва»), и теперь она покидает Млечный Путь.

В межгалактическом пространстве должно содержаться большое количество звёзд, поскольку у Вселенной было больше десяти миллиардов лет на то, чтобы выбрасывать звёзды из их галактик. Более того, регионы формирования звёзд – открытые и шаровые скопления – чрезвычайно плотны, где в каждом небольшом объёме находится множество звёзд, и множество возможностей для срабатывания эффекта гравитационной пращи ^[8]. Существует эффект, так хорошо изученный и просчитанный в симуляциях, что у нас для него есть особый термин: резкая разрядка [violent relaxation]. При скоплении множества масс разной величины, связанных гравитацией вместе, самые лёгкие массы часто выбрасываются из скопления с опасными скоростями, а оставшиеся становятся связанными ещё сильнее. Это объясняет, почему некоторые из старейших шаровых скоплений так сильно сконцентрированы вокруг центра.

Шаровое скопление Мессье 75, с сильной концентрацией вокруг центра. Его возраст превышает 13 млрд лет.

И хотя взаимодействие, происходящее слишком близко к планете, может вышвырнуть и её, симуляции показывают, что эти случаи редки, и что большинство планет должны оставаться на своём месте. И хотя из Млечного Пути к этому времени может оказаться выброшено почти миллион звёзд, наша Вселенная всё ещё довольно молода. По прошествии многих квадриллионов лет это число увеличится, и большинство звёзд, существовавших в Млечном Пути, будет выброшено наружу, включая, возможно, и то, что останется от нашего Солнца. Первые межгалактические звёзды были открыты в скоплении Девы в 1997 году, что доказывает, что это явление работает уже долгое время.

Либо благодаря гравитационным пинкам, либо толчкам сверхновых, звёзды постоянно вылетают из галактик. После этого они оказываются в межгалактическом пространстве, ночное небо которого подсвечивается только удалёнными галактиками, что может выглядеть, как кадр из прекрасного фильма, сделанного по мотивам Слоановского небесного обзора: Полёт сквозь Вселенную [A Flight Through The Universe].

То, что будет видно, не будет напоминать созвездия, а будет очерчивать крупномасштабную структуру Вселенной. Возможно, в такой ситуации вам было бы интересно, почему ваше Солнце – единственное светило в ночном небе, и почему вам настолько не повезло, что вы видите только далёкие кляксы. Состоят ли они из миллиардов звёзд, напоминающих вашу, в то время как вам очень не повезло оказаться в одиночестве? Или же вам наоборот, повезло рассмотреть всю Вселенную, которую не загораживает галактика? Всё зависит от точки зрения!

Автор: SLY_G

Источник ^[9]