Может ли «исчезновение звезд» быть совершенно новым явлением? (Изображение предоставлено: Tobias Roetsch)
Звезды не исчезают просто так – или исчезают? На протяжении тысячелетий астрономы принимали идею о том, что огни в небе неподвижны и неизменны. Даже когда стало ясно, что эти огни на самом деле являются физическими объектами, такими как солнце, одним из ключевых предположений астрофизиков было то, что они претерпевают серьезные изменения очень медленно, в масштабах времени в миллионы или миллиарды лет.
И когда самые массивные звезды из всех – которые во много раз тяжелее Солнца – действительно претерпевают внезапные и катастрофические изменения по мере того, как они достигают конца своей жизни, их уход отмечен космическим маяком взрыва сверхновой, который сияет в течение многих месяцев и даже может быть видимым на расстоянии сотен миллионов световых лет. (1)
Но что, если какие-то звезды вдруг просто исчезнут из видимости? Судя по тому, что мы знаем о звездах, это должно быть невозможно, но за последние несколько лет группа астрономов решила проверить, действительно ли происходят такие невозможные вещи, сравнив данные десятилетий наблюдений.
«VASCO (англ. Vanishing and Appearing Sources during a Century of Observations) – это проект Исчезающих и появляющихся источников в течение столетия наблюдений,» – сказала Беатрис Вильярроэль из Северного института теоретической физики, Швеция. «На самом деле нас интересуют всевозможные исчезающие объекты, но в идеале я хотела бы найти звезду, которая была бы устойчивой и находилась в небе столько, сколько мы себя помним и пока у нас есть данные, и чтобы однажды она просто исчезла. Затем мы направим на нее самые большие телескопы в мире и по-прежнему ничего там не увидим.»
С тех пор, как Вильярроэль и ее коллеги начали работу над проектом в 2017 году, они привлекли большое внимание ученых, которые видят потенциал в поиске исторических записей: «У нас есть астрономы из самых разных областей, заинтересованных в проекте – специалисты по активным ядрам галактик [источник энергии ярко сияющих квазаров в далекой вселенной], звездные физики и ученые SETI [поиск внеземного разума] – у каждого есть свои причины для участия.» (2)
Массивные звезды могут разрушаться в сверхновых, но их трудно не заметить, поскольку они затмевают целые галактики на несколько месяцев и оставляют после себя перегретые остатки. (Изображение предоставлено: NASA, ESA)
Хотя наше нынешнее понимание предполагает, что звезды меняются очень медленно, а драматические исчезновения должны оставлять следы, это не означает, что все звезды сияют постоянно. Фактически, небо заполнено переменными звездами, которые пульсируют и меняют яркость. Вильярроэль подчеркивает, что VASCO – это нечто иное. «Мы знаем, что существуют переменные, но их временные рамки, как правило, составляют максимум несколько лет. Мы хотим найти что-то, что идет от полностью устойчивой звезды до полного исчезновения – это не было задокументировано, и это своего рода открытие, которое может привести к новой физике.»
Каталогизация неба
В последние годы появились автоматизированные телескопы, которые могут каталогизировать все небо со скоростью, о которой предыдущие поколения астрономов могли только мечтать. Например, Zwicky Transient Facility (ZTF) на горе Паломар в Калифорнии сочетает в себе современную камеру с почтенным телескопом имени Самуэля Ошина. (3, 4)
Его сверхширокий угол обзора позволяет ему наблюдать все небо Паломара всего за три ночи, дважды за ночь сканируя плоскость Млечного Пути. Это значительно увеличивает вероятность обнаружения случайных транзиентов – вспышек света, которые могут быть вызваны интенсивными звездными вспышками на далеких звездах, но также могут быть связаны с некоторыми из самых жестоких и редких событий во Вселенной, такими как таинственные гамма-всплески. (5, 6)
Однако существует большая разница между поиском звезд, которые появляются, и теми, которые исчезают, как подчеркивает Вильярроэль: «Такие проекты, как ZTF, работают в очень короткие сроки, но если у вас есть очень редкое событие, когда что-то исчезает с неба каждые 100 лет тогда вам действительно понадобится очень долгая шкала времени, чтобы это увидеть. В нашем случае мы хотим найти звезду, которая исчезла – или действительно появилась – используя как можно больший промежуток времени в сочетании с лучшими каталогами старых времен.
Мы используем данные 70-летней давности и сравниваем их с данными сегодняшнего дня, чтобы увидеть, как могло измениться небо.» По иронии судьбы, поиск группой высококачественных исторических данных привел исследователей к Паломару и телескопу имени Самуэля Ошина, который в 1950-х годах изготовили из фотопластин для обзора всего неба, которые с тех пор сканировала Военно-морская обсерватория США (USNO). В качестве современного аналога они использовали данные двух телескопов панорамного обзорного телескопа и системы быстрого реагирования (Pan-STARRS) в гавайской обсерватории Халикала. (7)
Съемочные пластины USNO появились еще до космической эры, и экспозиции достаточно велики, чтобы различить астероиды как короткие следы от звезд. (Изображение предоставлено: ESO)
«Все эти съемки находятся в свободном доступе, все оцифровано и размещено в Интернете,» – сказала Вильярроэль. «Наша ИТ-команда в Уппсальском университете разработала научную веб-страницу для непрофессионалов, где вы можете щелкать и комбинировать изображения на ml-blink.org. У нас есть разработчики компьютерных игр, которые стремились сделать дизайн более привлекательным, и у нас также есть ИИ в разработке.
Есть несколько разных способов решения проблемы – независимо от того, что дает нам данные! Дело в том, что заинтересованные люди могут пойти туда, чтобы сравнить изображения, и, если им будет очень любопытен какой-то случай, они могут оставить комментарий, и мы свяжемся с ними и проинформируем их об их кандидате. Но у нас впереди довольно много работы, прежде чем мы сможем все исправить.»
Каждый объект в каталоге USNO, который отмечен как не имеющий очевидного аналога в данных Pan-STARRS, должен быть исследован и подтвержден группой. Затем исследователи смотрят на форму, яркость и другие характеристики, чтобы определить, является ли это дефектом на фотопластинках исходного обзора.
«Вы никогда не можете гарантировать, что это не дефект пластины,» – сказала Вильярроэль. «Но вы можете провести несколько тестов, чтобы исключить наиболее очевидные вещи. Затем вы переходите к более глубоким каталогам, таким как Слоановский цифровой небесный обзор (SDSS) или новый Обзор наследия камеры темной энергии, чтобы увидеть, сможете ли вы найти на них какие-либо остатки объекта, и в зависимости от того, что вы обнаружите, это может дать вам разные типы кандидатов.» (8)
Команда также сравнивает кандидатов с данными телескопа Европейского космического агентства Gaia, который в настоящее время занимается сбором точных данных для более чем миллиарда звезд в Млечном Пути. (9)
Исследователи VASCO используют данные космической обсерватории Gaia Европейского космического агентства, чтобы перепроверить кандидатуры «пропавших» звезд. (Изображение предоставлено: ESA)
Перспективные кандидаты
На данный момент обзор выявил более 800 явно «пропавших без вести» звезд, многие из которых все еще нуждаются в обработке и глубоком изучении. И хотя нет идеального объекта для Вильярроэль – акта исчезновения долгоживущей стабильной звезды – многие из замеченных кандидатов по-прежнему интересны сами по себе.
«Мы обнаружили ряд кратковременных переходных процессов, которые появляются на одном изображении, а затем не повторяются. Они составляют большую часть того, что мы обнаружили до сих пор, но есть и другие вещи, в которых мы пока не уверены. Мы изучили некоторые из этих кратковременных переходных процессов, и они, похоже, не являются вспышками красных карликов [огромными вспышками, вызванными запутанными магнитными полями тусклых красных карликов, которые могут привести к повышению их яркости в 100 или более раз], или сверхновых любого типа. Я думаю, мы можем начать исключать эти варианты.» (10)
Другие варианты, которые кажутся маловероятными, включают переменные звезды и катаклизмические переменные или новые – извержения на поверхности белых карликов в двойных системах. Ни один из источников не находится близко к известной переменной, и звезда-компаньон в системе новых должна быть слабо видна в некоторых современных съемках, даже если белый карлик не виден. (11, 12, 13)
Старые звезды красные гиганты могут «исчезнуть» по мере того, как они сбрасывают свои внешние слои и превращаются в белых карликов, но этот процесс занимает сотни тысяч лет и создает характерную планетарную туманность. (Изображение предоставлено: NASA, ESA)
«Одна из возможностей состоит в том, что это может быть своего рода оптическое послесвечение от гамма-всплесков или быстрых радиовсплесков,» – сказала Вильярроэль. Источники этих высокоэнергетических космических извержений все еще плохо изучены, но одно из распространенных предположений состоит в том, что по мере того, как их выходная энергия будет уменьшаться, они должны пройти через короткий период видимости. (14)
«Такие вспышки, по прогнозам, будут иметь сверхбольшие амплитуды примерно от восьми до десяти величин, но затухают всего за несколько минут и, кажется, не имеют никакого видимого аналога, когда мы смотрим на места с помощью больших телескопов. Конечно, с 800 кандидатами нам еще предстоит много работы, и я думаю, что для ясности это почти наверняка смешанный набор объектов разных типов,» – сказала она.
Если окажется, что эти 800 кандидатов содержат идеальную исчезающую звезду, что может быть возможным объяснением?
Одним из вариантов может оказаться так называемая «неудавшаяся» сверхновая – поистине чудовищная звезда с настолько массивным ядром, что она коллапсирует в черную дыру и поглощает остальную часть звезды изнутри, отсекая поток ядерного синтеза, который обычно сопровождает взрыв сверхновой, и не оставляет видимых остатков. (15, 16)
Черные дыры могут образовываться в центре звезд Млечного Пути. (Изображение предоставлено: Getty Images)
Тем не менее Вильярроэль считает, что шансы на это объяснение весьма высоки – она подсчитала, что такие события должны происходить примерно раз в три столетия в нашей галактике, поэтому маловероятно, что проект VASCO наткнется на одно случайно.
В настоящий момент трудно представить себе другие естественные процессы, которые могут привести к простому исчезновению звезды – и до тех пор, пока не появится кандидат с особенностями, которые можно изучить, нет смысла размышлять о возможной новой физике, которая может быть вовлечена в этот акт космического исчезновения. Однако это вызывает еще одну возможность, которая вдохновляла VASCO с самого начала: идея о том, что кажущиеся невозможными астрономические события могут выдать существование высокоразвитых инопланетных цивилизаций.
Возможные будущие открытия
Обзорные телескопы Pan-STARRS в обсерватории Халикала на гавайском острове Мауи. (Изображение предоставлено: Getty Images)
Поскольку увеличение размера и чувствительности телескопа в сочетании с вычислительной мощностью привело к тому, что астрономия вступила в эпоху «больших данных», многие ученые SETI утверждали, что мы с большей вероятностью обнаружим присутствие инопланетян по необъяснимому в ином случае поведению звезд и других объектов, чем по радиосигналам, намеренно или случайно направленным в нашу сторону инопланетной жизнью. (17)
Теория состоит в том, что, если цивилизации станут достаточно развитыми, по крайней мере, некоторые из них, вероятно, разовьют технологию, необходимую для звездной инженерии, которая изменит внешний вид звезд другим необъяснимым образом. Классическим примером этого является «сфера Дайсона» – гало орбитальных электростанций, которые были бы наиболее эффективным способом извлечения энергии из звезды. (18)
Действительно продвинутая инопланетная цивилизация могла вызвать исчезновение звезд разными способами – возможно, заблокировав их свет, окружив их сферами Дайсона. (Изображение предоставлено: Alamy)
Писатель-фантаст Артур Кларк в своем Третьем законе заявил, что «любая достаточно продвинутая технология неотличима от магии». Если бы не удалось найти естественную причину исчезновения звезды, то влияние разумных инопланетян определенно могло бы показаться более вероятным объяснением, чем сверхъестественное. (19)
«Что касается SETI, есть несколько разных подходов к этому,» – сказала Вильярроэль. «Сферы Дайсона и другие структуры, маяки, которые включаются и выключаются, или указывают в нашем направлении в течение определенного времени, или, может быть, у цивилизации есть способы избавиться от звезд, которые мешают.»
Даже переходящие красные, которые команда определила до сих пор, могли иметь возможную искусственную причину: «Конечно, первые гипотезы, которые мы выбираем, являются естественными – и у нас пока нет причин их исключать – но, если бы я была в моём режиме внеземных размышлений, я полагаю, лазерный луч может также произвести красный переходный процесс такого типа.» (20)
Одна необычная возможность состоит в том, что исчезающие «звезды» на самом деле являются огромными космическими кораблями, движущимися в космосе, и в этом случае они могут не отсутствовать, а двигаться. (Изображение предоставлено: Getty Images)
Хотя Вильярроэль намекает на захватывающие открытия, которые уже появились на основе данных и ждут официальной публикации, тем временем проект VASCO продолжается. Многие из кандидатов, идентифицированных до сих пор, все еще ждут надлежащего подтверждения и анализа, и пока фактически проверена только четверть неба. Мы надеемся, что дальнейший прогресс будет ускорен за счет увеличения числа ученых-добровольцев и новых методов автоматизации, которые в настоящее время разрабатываются совместно с Испанской виртуальной обсерваторией.
«Мы не знаем никаких процессов, при которых звезда могла бы просто исчезнуть, за исключением этой гипотетической несостоявшейся сверхновой,» – размышляет Вильярроэль. «Поэтому исчезающие звезды становятся интересными, потому что мы не наблюдали таких вещей в природе. Главный принцип заключался в том, чтобы искать то, что мы считаем невозможным.»
Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
