Космос может быть огромным, но столкновения неизбежны. Вот что происходит, когда они происходят.
Вселенная, какой мы ее знаем, существует уже почти 14 миллиардов лет: достаточно времени, чтобы гравитация стянула материю в скопления, комки и коллапсирующие объекты. К настоящему времени Вселенная заполнена планетами, звездами, галактиками и даже более крупными структурами, связанными вместе на фоне расширяющейся Вселенной.
Но не все так чисто и аккуратно. Каким бы большим ни было пространство, в нашей галактике есть буквально триллионы объектов, движущихся во временных масштабах в миллиарды лет. В некоторых из формирующихся систем будет несколько объектов, и столкновения между ними не просто вероятны, они неизбежны. Всякий раз, когда происходит столкновение или слияние, это навсегда меняет то, с чем мы остаемся. Вот космическая история того, что происходит.
Столкновения планет с планетами Раньше в Солнечной системе, вероятно, было более восьми планет. Между Юпитером и Нептуном мог находиться пятый газовый гигант; наши лучшие симуляции показывают, что он был выброшен. Но мы полагаем, что во внутренней Солнечной системе был мир размером с Марс, который столкнулся с молодой Землей, породив огромное облако обломков, которые объединились, чтобы создать нашу Луну. Гипотеза гигантского удара была полностью подтверждена рядом доказательств, в том числе лунными образцами, которые мы доставили на Землю из миссий «Аполлон».
Кроме того, у нас также есть довольно веские доказательства того, что спутники Марса были созданы вместе с третьим, более крупным спутником, который с тех пор упал на красную планету в результате крупного протопланетного столкновения. слишком.
Из всех проведенных нами симуляций и собранных нами доказательств следует, что твердые планеты сопоставимых размеров довольно часто сталкиваются на ранних стадиях создания Солнечной системы. Когда они сталкиваются вместе, они создают единую большую планету, но с облаком обломков, которые сливаются, образуя один ближайший большой спутник и несколько меньших, более удаленных спутников. Ярким примером этого является система Плутон-Харон с четырьмя дополнительными внешними падающими спутниками.
Столкновения коричневых карликов Хотите создать звезду, но вы не накопили достаточно массы, чтобы попасть туда, когда образовавшееся газовое облако ты первый рухнул? У вас есть второй шанс! Коричневые карлики похожи на очень массивные газовые гиганты, более чем в дюжину раз массивнее Юпитера, которые испытывают достаточно высокие температуры (около 1 000 000 К) и давление в своих центрах, чтобы зажечь синтез дейтерия, но не синтез водорода. Они излучают собственный свет, остаются относительно холодными и не совсем настоящие звезды. Имея массу от 1% до 7,5% массы Солнца, они являются неудавшимися звездами Вселенной.
Но если у вас есть две пары в бинарной системе или две в разных системах, которые случайно сталкиваются, все может измениться в мгновение ока.
Причина этого в том, что очень мало в составе этих неудавшихся звезд меняется с течением времени. Каждый из них по-прежнему состоит на 70-75% из водорода, и когда они сливаются вместе, у них все еще остается несгоревшее топливо. Если общая масса объединенного объекта превысит этот критический порог в 0,075 массы Солнца, Вселенная создаст новую звезду! С такой большой массой в одном объекте температура поднимется выше критических 4 000 000 К, чтобы зажечь водородный синтез. Вместо двух коричневых карликов мы создадим красного карлика: настоящую звезду М-класса. Близлежащая двойная система коричневых карликов Luhman 16, находящаяся всего в 6,5 световых годах от нас, очень близка к тому, чтобы иметь точные параметры, необходимые для того, чтобы в конечном итоге стать красной карликовой звездой.
Столкновение двух звезд Звезды бывают самых разных масс, причем звезды с меньшей массой кажутся краснее, холоднее и прогорают насквозь их топливо медленнее, в то время как более массивные более голубые, более горячие и живут меньше времени. Когда мы смотрим на звездные скопления, мы можем понять, сколько им лет, рассматривая оставшиеся звезды с наибольшей массой, поскольку самые массивные из них умирают быстрее всего.
Тем не менее, когда мы смотрим на некоторые из самых старых звездных скоплений, мы обнаруживаем популяцию звезд, которые голубее и горячее, чем должны быть. Они просто не совпадают с остальными звездами, которые вокруг. Однако эти голубые отставшие звезды реальны, и у них есть фантастическое объяснение: звездные столкновения.
Возьмите любые две (или более) звезды и объедините их вместе, и получится одна более массивная звезда. Даже когда все, что останется, - это более красные звезды, скажем, одна из 0,7 солнечной массы и одна из 0,8 солнечной массы, если они сольются вместе, они могут создать более голубую (1,5 солнечной массы) звезду, даже если звездное скопление, в котором они существуют, слишком стар, чтобы осталась звезда массой 1,5 солнечной.
Голубые заблудшие скопления часто встречаются в плотных средах шаровых скоплений и демонстрируют, что даже после того, как все звезды такой массы, как Солнце, выгорели, мы все еще будем создавать новые просто путем гравитационного слияния.
Столкновения с белыми карликами Итак, ваша обычная звезда главной последовательности прожила свою жизнь, сжигая все топливо, которое она когда-либо сжигала. В качестве остатка его ядро стало белым карликом: будущая судьба нашего Солнца. А затем, паря в глубинах межзвездного пространства, он столкнулся с другим белым карликом.
БУМ!
Столкновения белых карликов с белыми карликами приводят к возникновению сверхновых типа Ia, и, возможно, это самый распространенный способ возникновения этих катаклизмов. Когда такое событие происходит, звезды подвергаются безудержной реакции синтеза, испуская огромное количество света и энергии, и полностью уничтожают обоих белых карликов, вызвавших это событие. Это единственный тип столкновения, который полностью уничтожает оба сталкивающихся объекта.
Столкновения нейтронных звезд Возникающие из еще более массивных звезд, чем те, которые дают начало белым карликам, нейтронные звезды часто могут существовать в многократных звездные системы. Недавно мы наблюдали, как две нейтронные звезды в двойной системе закручиваются и сливаются: событие килоновой. Когда это происходит, выделяется большой выброс энергии и выбрасывается значительная часть массы. Произошедшее в 2017 году критическое событие стало первым случаем, когда один и тот же объект наблюдался как в гравитационных волнах, так и в электромагнитном излучении.
Если две нейтронные звезды сливаются в одну, они либо:
- стать более массивной нейтронной звездой (если их сумма меньше ~2,5 масс Солнца),
- стать нейтронной звездой, которая вращается, а затем коллапсирует в черную дыру (если общая масса меньше 2,75 солнечной массы),
- или коллапсирует прямо в черную дыру (если общая масса превышает 2,75 массы Солнца).
В ближайшие годы и десятилетия мы надеемся наблюдать за многими из этих событий, чтобы еще больше уточнить точность этих заявлений.
Столкновения черных дырОбъедините черную дыру с черной дырой, и вы получите еще более массивную черную дыру. Но есть одна загвоздка: теряется до 5% этой массы! Первой сливающейся парой черных дыр, которую мы когда-либо видели, была черная дыра массой 36 солнечных, слившаяся с черной дырой массой 29 солнечных. Но она создала черную дыру, конечная масса которой составила всего 62 массы Солнца! Всего было просто потеряно массы трех солнц.
Куда он делся? Оно было испущено в виде гравитационного излучения: гравитационных волн, которые LIGO обнаружил на расстоянии более миллиарда световых лет. В течение короткого момента, длящегося менее секунды, две сливающиеся черные дыры могут излучать в наблюдаемую Вселенную больше энергии, чем все звезды в ней вместе взятые.
Ожидаются и другие столкновения, такие как черная дыра-нейтронная звезда, нейтронная звезда-белый карлик, нейтронная звезда-обычная звезда или даже черная дыра-обычная звезда. Такие объекты, как активные галактики или микроквазары, могут быть вызваны черной дырой, пожирающей звезды или газовые облака. Однако нам еще предстоит наблюдать какие-либо из этих столкновений в том виде, в каком они происходят, хотя мы обнаружили кандидата на объект Торна-Житкова: нейтронную звезду в ядре красного гиганта. Космос может быть очень большим местом, но он далеко не пуст. В частности, в галактиках и звездных/шаровых скоплениях плотность планет, звезд и звездных остатков огромна, и подобные столкновения неизбежны. Какими бы ни были последствия, мы должны это выяснить!