Вселенная. Вопросов больше, чем ответов

Межзвездные пылинки крайне малы. Часто это всего лишь агрегаты, состоящие из нескольких сотен или тысяч атомов — преимущественно углерода. Известна склонность этого эле­мента к образованию сложных структур, из которых наиболее известны фуллерены. Реакции с образованием молекул идут главным образом на поверхности пылинок, но главная функция пыли вовсе не в этом. И не в том, что она мешает астрономам наблюдать удаленные объекты и путает расчеты. Суть в том, что межзвездная пыль играет колоссальную роль в звездообразо­вании.

Сама пыль — тоже порождение звезд. Взрывные процессы,

о которых мы расскажем ниже, планетарные туманности, неко­торые красные гиганты, называемые также «коптящими» звез­дами, а также звезды типа Вольфа-Райе — вот основные постав­щики пыли в межзвездную среду. Ясно, что самые первые звез­ды Вселенной сконденсировались при полном или практически полном неучастии пыли.

Но зададимся сначала вопросом: всякое ли газопылевое об­лако будет сжиматься под действием собственной гравитации, что рано или поздно приведет к конденсации его в звезды? Нет, далеко не всякое. Для того чтобы облако начало сжиматься, его полная энергия, являющаяся суммой положительной тепловой энергии и отрицательной гравитационной энергии, должна быть отрицательной.

Решающее значение здесь принадлежит размерам облака R, ибо тепловая энергия зависит от R в кубе, тогда как гравита­ционная — от R в пятой степени. Следовательно, при данных плотности и температуре облака существует такое Ri, что при R>Ri облако неизбежно будет сжиматься. Из этого следует, что небольшие газопылевые облака с массой порядка солнечной и радиусом, скажем, 1 пк сжиматься не будут (во всяком случае без постороннего воздействия), а крупные облака, называемые

176

газово-пылевыми комплексами, — сжиматься будут. И это при том, что плотность первых выше, чем плотность вторых.

Сказанное верно для небольших температур, так как тепловая энергия облака зависит, разумеется, и от температуры. Массивное и протяженное, но горячее облако сжиматься не будет.

Казалось бы, вдали от звезд царит «космический холод». Но это не так. «Вдали» здесь весьма относительное. Вокруг горячих О- и В-звезд простираются обширные зоны ионизованного во­дорода — так называемые зоны Н II. Межзвездная среда в них нагрета до тысяч и десятков тысяч кельвинов, так что никакого звездообразования там нет и не предвидится. Облака неионизо- ванного водорода НI также подчас имеют температуру, исчисля­ющуюся сотнями кельвинов, что для звездообразования, прямо скажем, многовато. Лишь гигантские холодные облака молеку­лярного водорода, нагретые всего лишь до нескольких десятков кельвинов, способны к конденсации в звезды. Но что охлаждает эти облака, пронизанные, разумеется, высокоэнергетическим излучением звезд? Ясно ведь, что газово-пылевой комплекс с характерным размером в десятки пк нагревается не только сна­ружи, но и изнутри, поскольку такой объем пространства обяза­тельно содержит в себе немало звезд.

Оказывается — углерод. Его уникальные свойства таковы, что, поглощая высокоэнергичные кванты и переходя в возбужденное состояние, атом углерода спонтанно излучает затем кванты ин­фракрасного излучения, для которого газово-пылевой комплекс прозрачен. Таким образом, тепловая энергия не накапливается внутри газово-пылевого комплекса, а сбрасывается вовне, и газ остается холодным, а значит, выполняется условие отрицатель­ности полной энергии облака.

Такое облако уже должно начать сжиматься, почти не нагре­ваясь при этом, поскольку избыток тепла опять-таки сбрасыва­ется при помощи углерода и будет сбрасываться до тех пор, пока облако останется прозрачным к ИК-излучению. Можно сказать на вполне устоявшемся научном жаргоне, что углерод в данном случае выполняет роль «холодильника». Если облако сферично,

177

однородно и лишено момента вращения, то теоретически оно должно сконденсироваться в одну титаническую протозвезду. Но так не бывает. Г азово-пылевые комплексы далеко не сферичны, не однородны и не лишены момента вращения, причем отдель­ные их части имеют разные скорости движения. Следовательно, по мере сжатия облако будет делиться на все более мелкие фраг­менты, «затравками» которых послужат местные неоднородно­сти. Впоследствии эти фрагменты имеют все шансы стать звез­дами.

На практике, однако, имеется достаточно большое количе­ство холодных молекулярных облаков, находящихся в квазиу- стойчивом состоянии — «и надо бы начать сжиматься, да что-то не хочется». Таким облакам часто требуется посторонняя сила, побуждающая облако к сжатию. Какого рода может быть эта «братская помощь» со стороны?