Поки не було світла: передісторія Сонця і Сонячної системи

Перше, що говорить творець у біблійній Книзі Буття, - «Нехай буде світло». Цей момент можна віднести до народження Сонця, головного джерела енергії, руху і життя для Землі та інших планет, супутників і незліченних малих тіл Сонячної системи. Але і сама поява зірки стала результатом довгої низки подій, періодів довгого неквапливого розвитку і декількох космічних катастроф.

На початку був водень - плюс дещо менше гелію. Лише ці два елементи (з домішкою літію) наповнювали молодий Всесвіт після Великого вибуху, і зірки першого покоління складалися тільки з них. Однак, почавши світити, вони змінили все: термоядерні та ядерні реакції в надрах зірок створили весь ряд елементів аж до заліза, а катастрофічна загибель найбільших з них у вибухах наднових - і більш важкі ядра, включаючи уран. Досі на водень і гелій припадає не менше 98% всієї звичайної матерії космосу, але зірки, які утворилися з пилу попередніх поколінь, містять домішки інших елементів, які астрономи з деяким нехтуванням сукупно називають металами.

Кожне нове покоління зірок відрізняється все більшою «металічністю», і Сонце не виняток. Його склад однозначно показує, що зірка сформувалася з речовини, що пройшла «ядерну переробку» в надрах інших зірок. І хоча багато деталей цієї історії ще чекають пояснення, в цілому клубок подій, який призвів до появи Сонячної системи, здається цілком розплутаним. Копій навколо нього було зламано чимало, проте сучасна небулярна гіпотеза стала розвитком ідеї, що з'явилася навіть раніше відкриття законів гравітації. Ще 1572 року Тихо Браге пояснював появу на небі нової зірки «згущенням ефірної речовини».

Зоряна колиска

Зрозуміло, що ніякої «ефірної речовини» не існує, а зірки утворюються з тих же елементів, що і ми самі, - точніше, навпаки, це ми складені з атомів, створених ядерним синтезом зірок. На них припадає левова частка маси речовини Галактики - залишається не більше декількох відсотків вільного дифузного газу для народження нових світил. Але ця міжзоряна речовина розподіляється нерівномірно, місцями утворюючи порівняно щільні хмари.

Незважаючи на досить низьку температуру (лише кілька десятків і навіть одиниць градусів вище абсолютного нуля), тут відбуваються хімічні реакції. І хоча майже всю масу таких хмар як і раніше складають водень і гелій, в них з'являються десятки сполук, від вуглекислого газу і ціаніду до оцтової кислоти і навіть багатоатомних органічних молекул. У порівнянні з досить примітивною з пристрою речовиною зірок такі молекулярні хмари - це наступна сходинка в еволюції складності матерії. Недооцінювати їх не варто: вони займають не більше відсотка обсягу диска Галактики, але зате на них припадає близько половини маси міжзоряної речовини.

Окремі молекулярні хмари можуть мати масу від декількох сонць до декількох мільйонів. З часом їх будова ускладнюється, вони фрагментуються, утворюючи досить складні за структурою об'єкти із зовнішньою «шубою» з порівняно теплого (100 К) водню і холодними локальними компактними ущільненнями - ядрами - ближче до центру хмари. Такі хмари живуть недовго, навряд чи більше десятка мільйонів років, зате тут відбуваються таїнства космічних масштабів. Потужні, швидкі потоки речовини перемішуються, закручуються і збираються все щільніше під дією гравітації, стаючи непрозорими для теплового випромінювання і нагріваючись. Нестабільному середовищу такої протозіркової туманності достатньо поштовху, щоб перейти на наступний рівень ".Еслі гіпотеза про наднову вірну, то вона справила лише початковий поштовх до утворення Сонячної системи і більше ніякої участі в її народженні та еволюції не брала. У цьому відношенні вона не праматір, а швидше праотець ". Дмитро Вібе

Праматір

Якщо маса «зоряної колиски» гігантської молекулярної хмари становила сотні тисяч мас майбутнього Сонця, то холодна і щільна протосолонічна туманність була лише в кілька разів важчою від неї. Існують різні гіпотези про те, що викликало її колапс. На одну з найавторитетніших версій вказує, наприклад, дослідження сучасних метеоритів, хондритів, речовина яких утворилася ще в ранній Сонячній системі і понад 4 млрд років потому опинилася в руках земних учених. У складі метеоритів виявляються і магній-26 - продукт розпаду алюмінію-26, і нікель-60 - результат перетворень ядер заліза-60. Ці короткоживучі радіоактивні ізотопи утворюються тільки у вибухах наднових. Така зірка, яка загинула недалеко від протосолнечної хмари, могла стати «праматер'ю» нашої системи. Цей механізм можна назвати класичним: ударна хвиля стрясає всю молекулярну хмару, стискаючи її і змушуючи розділятися на фрагменти.

Однак роль наднової у появі Сонця часто піддається сумніву, і не всі дані підтверджують цю гіпотезу. За іншими версіями, протосолнечна хмара могла сколапсувати, наприклад, під тиском потоків речовини від близької зірки Вольфа - Райе, що відрізняється особливо великою яскравістю і температурою, а також високим вмістом кисню, вуглецю, азоту та інших важких елементів, потоки яких наповнюють навколишній простір. Втім, і ці «гіперактивні» зірки існують зовсім недовго і закінчують життя вибухами наднових.

З тієї знаменної події минуло понад 4,5 млрд років - досить пристойний час, навіть за мірками Всесвіту. Сонячна система здійснила десятки обертів навколо центру Галактики. Зірки кружляли, народжувалися і помирали, з'являлися і розпадалися молекулярні хмари - і так само, як немає ніякої можливості з'ясувати форму, яку ще годину тому мала звичайна хмара в небі, ми не можемо сказати, якою був тоді Чумацький Шлях і де саме на його просторах загубилися останки зірки, що стала «праматерю» Сонячної системи. Зате ми більш-менш впевнено можемо сказати, що при народженні у Сонця були тисячі родичів.

Сестри

Взагалі, зірки в Галактиці, особливо молоді, майже завжди входять до складу асоціацій, пов'язаних близьким віком і спільним груповим рухом. Від подвійних систем і до численних яскравих скупчень, в «колисках» молекулярних хмар вони народжуються колективами, як при серійному виробництві, і навіть розлетівшись далеко один від одного, зберігають сліди загального походження. Спектральний аналіз зірки дозволяє з'ясувати її точний склад, унікальний відбиток, «свідоцтво про народження». Судячи з цих даних, за кількістю порівняно рідкісних ядер на кшталт іттрію або барію, зірка HD 162826 утворилася в тій же «зоряній колисці», що і Сонце, і належала до того ж скупчення сестер.

Сьогодні HD 162826 знаходиться в сузір'ї Геркулеса, приблизно в 110 світлових роках від нас - ну а решта родичів, мабуть, десь ще далі. Життя давно розкидало колишніх сусідок по всій Галактиці, і про них залишилися лише вкрай слабкі свідчення - наприклад, аномальні орбіти деяких тіл далеко на периферії сьогоднішньої Сонячної системи, в Поясі Койпера. Схоже, що «сімейство» Сонця колись включало від 1000 до 10 000 молодих зірок, які утворилися з єдиної газової хмари і були об'єднані в розсіяне скупчення загальною масою близько 3 тис. сонячних мас. Їхній союз довго не протримався, і група розпалася максимум через 500 млн років після освіти.

Дмитро Вібе, завідувач відділу фізики та еволюції зірок Інституту астрономії РАН