В обычном состоянии звезды гравитации противостоит давление горячего газа, разогретого до сверхвысоких температур термоядерными реакциями. В белом карлике термоядерные реакции уже не идут, и потому обычным газовым давлением гравитационное сжатие не остановить.
Однако в чрезвычайно плотном веществе белых карликов (в недрах этих объектов плотность может достигать величин порядка 1010кг/м3) начинают действовать иные физические законы: при такой плотной «упаковке» атомов в недрах белых карликов давление электронов не спадает даже при очень низких температурах. Это давление электронного газа удерживает белые карлики в состоянии равновесия, не давая им сжаться ещё сильнее, но только при условии, что масса звезды не превышает 1,4 массы Солнца.
Если же масса звезды превышает это критическое значение, сжатие продолжается. При очень высокой плотности электроны, соединяясь с протонами, образуют нейтральные частицы — нейтроны. Вскоре уже почти вся звезда состоит из одних нейтронов, которые настолько тесно прижаты друг к другу, что огромная звёздная масса сосредоточивается в очень небольшом шаре радиусом несколько километров и сжатие останавливается. Плотность этого шара — нейтронной звезды — чудовищно велика даже по сравнению с плотностью белых карликов: она может превышать 10 млн. т/см3.
Чёрная дыра NGC 300 Х-1 в представлении художника
Что произойдёт, если масса звезды настолько велика, что даже образование нейтронной звезды не остановит гравитационного коллапса? Ещё в XVIII в. учёные высказывали предположения о возможности существования во Вселенной тел с огромной силой тяготения, которые притягивают даже испущенный ими самими свет. После создания Эйнштейном общей теории относительности было построено подробное описание таких объектов, названных чёрными дырами.
И по сей день нет окончательных доказательств того, что чёрные дыры существуют в реальности. Одним из вероятных кандидатов в чёрные дыры считается ярчайший источник рентгеновских лучей в созвездии Лебедь — Лебедь Х-1. Кроме того, кандидаты в сверхмассивные чёрные дыры — с массами в миллионы и даже миллиарды солнечных масс — скрываются в ядрах большинства галактик. Особенно убедительные доказательства в пользу их реальности получены по наблюдениям движения звёзд вблизи центра нашей Галактики.
В частности, ближайшая к центру Галактики звезда совершает полный оборот вокруг него за 1 5 лет, и по наблюдениям уже построена её полная орбита. Простое применение закона всемирного тяготения позволило определить, что вращение звезды происходит вокруг тела с массой в несколько миллионов масс Солнца. Эта масса заключена в области пространства поперечником не более 300 а. е. и при этом невидима. Согласно современным физическим представлениям, никакой другой объект, кроме чёрной дыры, подобным сочетанием свойств обладать не может.
Двойная звезда Сириус: Сириус А (слева) — ближайшая к нам и ярчайшая звезда ночного неба; Сириус В (справа)
Звёзды — соседи Солнца
В астрономии зачастую бывает, что об удалённых галактиках людям известно больше, чем о ближайших окрестностях. Почему?
Может показаться, что наиболее яркие звёзды на небе — те, которые ближе к нам расположены. На самом деле большинство ярчайших звёзд — это мощные «прожекторы», видимые издалека. На их фоне теряются маленькие и тусклые звёздочки, которые находятся сравнительно близко, и таких звёзд очень много. Для того чтобы их обнаружить, приходится использовать крупные телескопы или применять специальные методы поиска.
Солнечная система погружена в огромную звёздную систему — Галактику, которую мы видим как Млечный Путь — слабо светящуюся полосу, пересекающую небосклон в ясные безлунные ночи. Галактика насчитывает сотни миллиардов звёзд самых разных светимостей, масс и возрастов. Астрономам достаточно хорошо известны как свойства разных типов звёзд, так и то, что эти типы имеют самую различную пространственную плотность. Чем реже в пространстве встречаются звёзды того или иного класса, тем меньше вероятность того, что именно они окажутся вблизи Солнца. Поэтому учёные предполагают, что нашими соседями являются не просто типичные звёзды и другие небесные объекты, а скорее представители наиболее многочисленных «племён» Галактики.
Наблюдения показывают, что частота встречаемости звёзд зависит от мощности их излучения, их светимости: чем они слабее, тем их больше в единице объёма пространства. Поэтому с большой вероятностью самыми близкими к нам звёздами должны быть звёзды низкой светимости.
В настоящее время в окрестности Солнца (а под ними понимают шар радиусом около 25 пк) исследованы только 50% светил, причём неизученная половина приходится на долю холодных, слабосветящих звёзд. Их изучают на меньших расстояниях: до 10 пк от Солнца. Этот объём именуется непосредственными окрестностями Солнца, и в нём мы знаем практически все звёзды — их около 350.
Большинство (почти 2/3) из звёзд в непосредственной солнечной окрестности составляют очень слабые красные карлики — их массы в 3–10 раз меньше, чем у Солнца. Звёзды, похожие на Солнце, очень редки, их всего 6%. Белых и желтоватых звёзд с массами от 1,5 до 2 солнечных вообще единицы.
Более массивных звёзд (а астрономам известны звёзды с массами примерно до 100 солнечных) в окрестностях Солнца не найдено, что указывает на их большую редкость. Кроме «живых» звёзд учёные обнаружили ещё 18 белых карликов — это остатки звёзд, которые исчерпали всю свою энергию и медленно остывают, высвечивая имеющиеся запасы тепла. С очень большим трудом обнаруживаются и слабые объекты, которые из-за малой массы никогда не станут звёздами, — коричневые карлики. Их пока насчитывают лишь около двух десятков.
Многие наши соседи (31%) группируются в кратные системы (двойные, тройные и т. д.), в которых компоненты связаны друг с другом силами гравитации. Чем выше степень кратности, тем меньше таких систем. Некоторые члены этих систем невидимы для современных инструментов (из-за своей близости к сотоварищам или очень слабого блеска).
В отдельных случаях невидимые компоненты, как выяснилось, имеют настолько малые массы (менее 0,01 массы Солнца), что их уже нельзя считать звёздами, скорее, это очень большие планеты. Обнаружение таких спутников требует длительных и очень точных измерений.
Скопления и ассоциации звёзд
С незапамятных времён в причудливых сочетаниях светил на ночном небе нашим предкам виделись очертания людей и животных, мифических чудовищ, а то и предметов домашнего обихода. Чтобы подчеркнуть связность звёздного рисунка, люди издревле объединяли звёзды в обособленные группы — созвездия. Теперь мы знаем, что картины созвездий практически всегда составляются из светил, которые лишь случайно проецируются на один участок неба, но находятся при этом на разных расстояниях. Но есть среди звёзд группировки другого рода — реальные звёздные системы связанных друг с другом светил.
В XVIII в. английский астроном Уильям Гершель обнаружил, что многие звёзды собраны в тесные группы. В XIX в. выяснилось, что «звёздные кучи» Гершеля разделяются на два класса. Одни, названные шаровыми, обладают сферической формой и исключительно богаты звёздами, так что их центральные части (ядра скоплений) выглядят как сплошные светящиеся пятна. Эти объекты сосредоточены в основном лишь в одной стороне неба, в полусфере с центром в созвездии Стрелец.
