Математика космоса. Как современная наука расшифровывает Вселенную

Это похоже на вечеринку, где каждый видит всех остальных в зале — в любом его уголке, но чем дальше, тем менее отчетливо, а увидев, кидается к ним. Вряд ли стоит удивляться тому, что масса гравитационно взаимодействующего газа естественным образом собирается в комки. В очень маленьких областях в газе доминирует термодинамическая модель, но в более крупном масштабе тенденция к образованию комков берет верх над динамикой.

Если мы пытаемся понять, что будет происходить с гипотетической Солнечной туманностью в масштабе солнечных систем или планет, нам придется учитывать гравитационную силу притяжения дальнего действия. Отталкивание ближнего действия при столкновении молекул, возможно, скажет нам что-нибудь о состоянии небольшой области в атмосфере планеты, но ничего не сообщит о самой планете. Мало того, эта сила обманет нас, заставив подумать, что планета вообще не должна была сформироваться.

Скучивание — неизбежное следствие гравитации, а равномерное распределение нет.

* * *

Поскольку под действием силы тяготения вещество собирается в сгустки, непонятно, как может эта же самая сила разорвать молекулярное облако на части. Эти утверждения кажутся противоречивыми.

Ответ состоит в том, что одновременно в массе газа может возникнуть несколько конкурирующих сгустков. При математическом обосновании того, что газовое облако в конечном итоге соберется в плоский вращающийся диск, мы для начала считаем, что заполненная газом область имеет приблизительно сферическую форму, может быть, слегка вытянутую, как мяч для регби, но никак не в виде, скажем, гантели. Однако в большом облаке газа обязательно возникнут случайно расположенные локальные области, в которых вещество окажется чуть плотнее, чем в остальных местах. Каждая такая область выступает в роли центра притяжения, поскольку постепенно притягивает дополнительное вещество из окружающих областей и обретает все более мощную гравитационную силу. Возникающий в результате сгусток газа сначала имеет довольно строгую сферическую форму, а затем коллапсирует во вращающийся диск.

Однако в достаточно большом газовом облаке может сформироваться несколько таких центров. Несмотря на то что гравитация обладает большим радиусом действия, с увеличением расстояния между телами ее сила ослабевает. Поэтому молекулы притягиваются к ближайшему центру. Вокруг каждого такого центра формируется область, в которой доминирует именно его гравитационное притяжение. Если на вечеринке присутствуют двое очень популярных гостей и они находятся в противоположных концах зала, то собравшиеся в зале разделятся на две группы. Таким же образом газовое облако организуется в трехмерную лоскутную структуру из притягивающих центров, и эти области разрывают облако вдоль общих границ. На практике процесс выглядит немного более сложно, и быстрые молекулы могут уходить из-под влияния ближайшего центра и оказываться в конечном итоге в другом сгустке, но, если не вдаваться в подробности, следует ожидать именно такого поведения. Каждый центр сжимается и образует звезду, а из каких-то остатков вокруг звезды могут сформироваться планеты и другие более мелкие тела.

Именно так первоначально однородное газовое облако конденсируется в целую серию отдельных, относительно изолированных звездных систем. Каждая звездная система соответствует одному из плотных центров. Но даже при таком сценарии процесс не всегда протекает одинаково. Если две звезды располагаются достаточно близко друг к другу или случайно в какой-то момент сближаются, то в конечном итоге может оказаться, что они обращаются вокруг общего центра масс. Тогда они образуют двойную звезду. На самом деле могут возникать и системы из трех и более звезд, связанных на расстоянии взаимной гравитацией.

Таких множественных звездных систем, особенно двойных, очень много во Вселенной. Так, ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра располагается совсем недалеко (по астрономическим меркам) от двойной звезды под общим названием α Центавра, отдельные звезды которой называются α Центавра A и B. Представляется вероятным, что Проксима тоже обращается вокруг них обеих, но один оборот по такой орбите, вероятно, занимает полмиллиона лет.

Расстояние между компонентами A и B сравнимо с расстоянием от Юпитера до Солнца и колеблется от 11 до 36 а.е. Напротив, расстояние от Проксимы как до A, так и до B составляет около 15 000 а.е., то есть примерно в тысячу раз больше. Таким образом, по обратно-квадратичному закону тяготения A и B действуют на Проксиму с силой в миллион раз меньшей, чем друг на друга. Достаточно ли этого, чтобы удерживать Проксиму на стабильной орбите вокруг них обеих, чувствительно зависит от того, что еще располагается рядом, то есть достаточно близко, чтобы вырвать ее из слабой хватки A и B. В любом случае мы с вами этого не увидим.

* * *