Адское пекло среди звезд: 5 самых горячих мест во Вселенной

Нейтронная звезда – самый горячий объект во Вселенной, который образовался в результате вспышки сверхновой. Но не все так просто: масса сверхновой звезды должна в несколько раз быть больше солнечной. Если же она превышает массу Солнца в 20 раз, то в результате коллапса в космическом пространстве на ее месте уже образуется черная дыра.

Когда сверхновая звезда израсходует все свое ядерное топливо, ее атомы сжимаются, образуя нейтроны и нейтрино – в скором времени они станут основой для нового небесного тела. Это самое горячее вещество во Вселенной и создает такие космические объекты, которые обладают крайне сильным магнитным полем. Когда нейтронная звезда только рождается, она невероятно горячая.

1011 кельвинов – такова температура внутри новорожденной нейтронной звезды. Это в 10 тысяч раз больше массы Солнца. Вещество при такой температуре совсем не похоже на привычные нам формы. Недра нейтронных звезд состоят из бурлящего «супа» электронов, нейтронов и других элементов. Всего за несколько минут звезда остывает до 109 кельвинов, а за первые сто лет существования – еще на порядок. Когда внешний слой становится холоднее, «выпуская на волю» миллиарды нейтрино, забирающих с собой энергию, самая горячая звезда в галактике покрывается твердой корой. В ближайшие несколько сотен световых лет тепло поднимается на поверхность нейтронной звезды.

На самом деле, это самое горячее место во Вселенной можно считать таковым только на этапе его рождения. В 2016 году группа ученых из США, Великобритании, Канады, Мексики и Нидерландов определили, какая температура у самой горячей звезды в космосе. Так, расположенная в 23 тысячах световых лет от Земли нейтронная звезда KS 1731-260 нагрета до температуры 3 миллиона кельвинов. Но это в неактивном состоянии: астрофизики подтвердили, что данные полностью повторяют результаты предыдущего наблюдения 2001 года. Вполне возможно, охлаждение коры наконец остановилось, и оболочка нейтронной звезды достигла теплового равновесия с ядром.

Что это значит? В 2018 году астрономы из США, Канады и Мексики смогли смоделировать эволюцию нейтронной звезды из двойной системы MXB 1659-29. Самая горячая звезда во всей Вселенной начинает крайне медленно терять собственную энергию – этот процесс сопровождается ее охлаждением в результате излучения фотонов. Ученые пришли к выводу, что раз в несколько десятков лет взрывы на поверхности звезды, сопровождающиеся выбросом нейтрино, – а такие события происходили в 1980, 1999, 2001 и 2015 году – приводят к аномально быстрой потери тепла. В другом исследовании 2018 года астрофизики предположили, что разогревать на этапе формирования такую звезду может темная материя, которая сталкивается с частицами обычной.

Но какого цвета самые горячие звезды? Они поглощают до 99,99% света, который на них направлен, и выделяются среди темного полотна космоса только за счет собственного теплового излучения. В случае с нейтронными звездами, рентгеновское излучение, не видимое нашим глазом, преобразуется в белые цвета со слабым оттенком фиолетового.

Все известные человечеству звезды принято подразделять на спектральные классы. Самые горячие звезды – космические объекты класса W, имеющие голубой цвет. Температура их поверхности достигает 100 тысяч кельвинов. Но можно ли утверждать, что самая горячая звезда – белая? Не совсем. Достаточно посмотреть на классификацию звезд во Вселенной:

Температура поверхности Солнца, звезды спектрального класса G2, – около шести тысяч градусов. Это, конечно, далеко не предел для звезд. Самая горячая звезда из известных на сегодняшний день, WR 102 в созвездии Стрельца, раскалена до 210 тысяч кельвинов – это в десять раз горячее атомного взрыва. Таких звезд сравнительно немного (в Млечном Пути их нашли около сотни, еще столько же в других галактиках), они в 10-15 раз массивнее Солнца и намного ярче него.

WR 102 горит с такой силой, что астрономы до сих пор не знают, почему звезда не поглощает саму себя. Ее температура так велика, что в скором времени этот космический объект превратится в сверхновую звезду – по расчетам ученых, это может пройти в ближайшие 1,5 тысячи лет. Если человечество еще будет населять нашу голубую планету, оно точно увидит эту ярчайшую вспышку. Кроме того, взрыв самой горячей звезды WR 102 повлияет на соседние планетные системы – остается только гадать, как сильно изменится Вселенная.

Но неужели больше нет других самых горячих мест во Вселенной? Другим небесным телом, соревнующимся за первое место в нашем рейтинге, является Дзета Кормы. Температура ее поверхности равна 42 тысячам К, что действительно много: это в 7 раз больше солнечной. В то же время Дзета Кормы – наиболее близкий к нам сверхгигант. Долететь до нее мы сможем чуть больше чем за тысячу световых лет.

Считается, что самые горячие звезды имеют температуру до 250 тысяч градусов по Кельвину. И многие из них сконцентрированы в центре планетарных туманностей. Например, в рассеянном звездном скоплении в созвездии Возничий, или в NGC 2240 расположен белый карлик, чья температура, предположительно, равно от 210 до 250 тысяч К.

Но во Вселенной есть куда более горячий космическое тело – SMC3 (=RX J0048.4-7332). Температура такой симбиотической звезды может достигать 260 тысяч градусов по Кельвину. Самой горячей звездой в галактике Млечный Путь стал белый карлик в туманности Скорпиона. Его температура равняется свыше 200 тысяч кельвинов, что, конечно, хоть и не может соперничать с предыдущим участником рейтинга, но почти в 5 раза превышает солнечную.

Что самое горячее во Вселенной? Как ни парадоксально: момент ее рождения. И побить этот рекорд вряд ли удастся; при рождении наша Вселенная имела температуру около 1032 К, и под словом «момент» мы здесь подразумеваем не секунду, а планковскую единицу времени, равную 5 10-44 секунды. В это буквально неизмеримо короткое время Вселенная была так горяча, что мы понятия не имеем, по каким законам она существовала – на таких энергиях не существуют даже фундаментальные частицы.

Названа планковская температура по имени немецкого физика Макса Планка. Согласно теории Большого взрыва, наша Вселенная накалилась настолько сильно в конце Планковской эпохи. Но эпоха эта была куда короче, чем земные: все случилось в течение первых 10^-43 секунд. Сегодня в науке планковскую температуру называют верхним пределом возможной температуры, при которой работает квантовая теория. Это по-прежнему остается самой горячей температурой во Вселенной.

Еще одно место в списке самых горячих мест во Вселенной (или моментов времени, в данном случае разницы нет) после Большого Взрыва принадлежит нашей голубой планете. А если быть точнее – тому, что находится на ней. В 2012 году на Большом адронном коллайдере физики столкнули разогнанные до 99% скорости света тяжелые ионы и на краткое мгновение получили температуру в 5,5 триллионов градусов по Кельвину (5*1012) или по Цельсию – на таких масштабах это одно и то же. Эта температура превысила температуру ядра Солнца в 400 тысяч раз и в 5 тысяч раз ядра молодых нейтронных звезд. Но случилось это только на мгновение: результат исследования просуществовал всего 10⁻²³ секунд.

Самое горячее вещество во Вселенной, созданное в 2012 году, называется кварк-глюонной плазмой – она является аналогом первичной материи. Сразу после Большого взрыва вещество представляло раскаленный космический плазменный «суп», или кварк-глюонную плазму, в котором кварки и глюоны свободны перемещались между друг другом. Через пару мгновений, по мере остывания, кварки объединялись и образовывали протоны и нейтроны. Так появлялись первые ядра атомов и возникали очертания нашей Вселенной. На ЦЕРНах ALICE, ATLAS и CMS был запущен ряд экспериментов для изучения столкновений частиц материи.

Первые опыты прошли еще в 2010 году, но астрофизикам потребовалось несколько лет, чтобы измерить и обнародовать полученные результаты. Повторные исследования прошли в 2011 году в течение месяца, и данные оказались куда ценнее первых. Американские физики из Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке получили новое, самое горячее вещество во Вселенной при столкновении ионов золота на скорости, которая была близка к скорости света. Его температура достигала 4 триллиона градусов по Цельсию.

Именно так и возникают самые большие горячие звезды. При соединении тяжелых, энергетически заряженных ионов и возникает новое вещество, раскаленное до предела. Новый рекорд, установленный в 2012 году, строился на столкновении ионов свинца – они намного тяжелее, нежели ионы золота.

Температура внутри огненного шара ядерного взрыва составляет около 20 тысяч К. Это больше, чем температура на поверхности большинства самой горячей звезды главной последовательности. Выделение колоссального количества энергии, которое происходит в ходе цепной реакции, нагревает вещество взрывного устройства до температур свыше 107 градусов по Кельвину. Оно буквально становится ионизированной плазмой! Излучение, исходящее от яшара ядерного взрыва, приходится на рентгеновский диапазон спекта – совсем как у нейтронных звезд.

Температура внутри огненного шара ядерного взрыва составляет около 20 тысяч К. Это больше, чем температура на поверхности большинства самой горячей звезды главной последовательности. Выделение колоссального количества энергии, которое происходит в ходе цепной реакции, нагревает вещество взрывного устройства до температур свыше 107 градусов по Кельвину. Оно буквально становится ионизированной плазмой! Излучение, исходящее от яшара ядерного взрыва, приходится на рентгеновский диапазон спекта – совсем как у нейтронных звезд.