Звезда больше солнечной системы. Самые большие звезды во Вселенной

Самая большая звезда во Вселенной April 8th, 2016

Продолжаем пополнять нашу

Солнце больше Земли где-то в 110 раз. Оно даже больше гиганта нашей системы - Юпитера. Однако если сравнить его с другими звездами во Вселенной, наше светило займет место в яслях детского сада, вот настолько оно мало.

Теперь давайте представим звезду, которая больше нашего Солнца раз в 1500. Если даже взять всю Солнечную систему, то она будет точкой на фоне этой звезды. Этот гигант зовется VY Большой пёс, диаметр которого составляет около 3-х миллиардов км. Как и почему эту звезду разнесло до таких габаритов, никто не знает.

И еще немного...

До гепергиганта VY Большого Пса 5000 световых лет. В 2005 году был определен диаметр звезды, который составил приблизительно от 1800 до 2100 радиусов Солнца, то есть от 2.5 до 2.9 миллиардов километров в диаметре. Если этого гипергиганта из созвездия Большого Пса поместить в центр Солнечной системы, то есть вместо Солнца, то звезда займет все пространство до самого Сатурна!

Даже если лететь со скоростью света, то по кругу звезду можно облететь только за 8 часов, а со сверхзвуковой скоростью, то есть 4500 км/ч, потребуется 230 лет.

Интересно то, что при таких сверхгигантских размерах звезда весит не так и много, всего порядка 30-40 масс Солнца. Это говорит о том, что плотность в недрах звезды очень маленькая. Если посчитать вес и размер, то выходит плотность около 0,000005, то есть один кубический километр звезды будет весить порядка 5-10 тонн.

По поводу звезды VY Большого Пса идут нескончаемые споры. По одной версии эта звезда большой красный гипергигант, по другой - это сверхгигант, который имеет диаметр в 600 раз больше Солнца, а не как принято в 2000 раз.

Звезда VY Большого Пса, как показали исследования довольно не устойчива. Астрономы изучив звезду с помощью телескопа Хаббл предсказали, что в ближайшие 100 тысяч лет звезда взорвется. При взрыве будет всплеск гамма излучения, которое уничтожит все живое в радиусе нескольких световых лет. Нам это излучение ни чем не грозит, потому что гипергигант находится слишком далеко от Земли.

Кликабельно 4000рх

На изображении — одна из наиболее полных карт нашей Вселенной. Каждая точка на ней — это отдельная галактика, столь же огромная, как и сам наш Млечный Путь. Тёмная зона на галактическом экваторе — артефакт нашего собственного местоположения: мы можем видеть галактики в экваториальном секторе неба только в узком промежутке от 120° до 240°, да и то — плохо, в силу того, что галактический экватор плотно забит звёздами и межзвёздным газом нашей собственной галактики Млечный Путь, который и поглощает излучение далёких галактик.

В силу этого, в сторону ядра нашей галактики мы вообще не ничего не видим, а в противоположную сторону, которая закрыта от нас только неплотным рукавом Персея, мы можем всё-таки кое-что рассмотреть. А вот к галактическому северу и галактическому югу у нас есть возможность обозревать Вселенную на миллионы и миллиарды световых лет. (

5. VV Цефея А

Пятая позиция нашего рейтинга отошла к двойной звезде VV Цефея А, имеющей радиус 1050–1900 солнечных. Она расположена в созвездии Цефея. Само светило является затменной переменной типа Алголя. Для таких объектов характерно наличие более холодной звезды, проходящей перед более горячей. Так что часть света более горячего объекта затмевается, и общий блеск пары временно снижается. VV Цефея расположена от нас на удалении 5 тыс. световых лет. Двойная звезда состоит из VV Цефея A (красного гипергиганта с радиусом 1050 солнечных), а также VV Цефея B, которая является голубой звездой главной последовательности класса B0. Она вращается вокруг VV Цефея A по эллиптической орбите.

Красный гипергигант имеет массу примерно 25–100 солнечных. VV Цефея A является как минимум седьмой по размеру звездой из всех, известных науке. Она также удерживает почетную вторую строчку, если говорить конкретно о галактике Млечный Путь. Вообще, такие светила (имеются в виду гипергиганты) считаются самыми мощными, самыми тяжелыми и самыми яркими из числа сверхгигантов. Кроме того, они чрезвычайно редки. Что же касается «компаньона», то эта звезда превосходит наше Солнце по диаметру в десять раз, а показатель светимости при этом выше в 100 000 раз.

VV Цефея А и Солнце / ©Reddit

4. VY Большого Пса

На четвертой позиции рейтинга расположилась VY Большого Пса, которая находится в созвездии Большого Пса. Перед нами гипергигант. Расстояние от нас до VY Большого Пса составляет 3900 световых лет, поэтому не факт, что человечество вообще когда-либо сможет детально исследовать этот объект. Если же говорить о размерах, то радиус звезды составляет до 1540 радиусов Солнца. Существует еще одна версия, согласно которой перед нами обыкновенный красный сверхгигант, радиус которого не превышает 600 солнечных. В общем, споры о размерах продолжаются, хотя в том, что перед нами настоящий «монстр», сомнений нет. Чтобы представить его размеры, приведем пример: если вообразить летательный аппарат, скорость которого составляет 4,5 тыс. км/ч, то для полного облета VY Большого Пса понадобится около 160 лет.

При таких чудовищных размерах масса светила составляет всего лишь семнадцать солнечных. Это говорит о чрезвычайно малой плотности звезды. Ученые полагают, что ее взрыв может произойти в течение ближайших 100 тыс. лет. Это грозит катастрофой системам, находящимся рядом, но Землю, как считают ученые, данный катаклизм не затронет.

VY Большого Пса / ©Wikipedia

А вот еще один красный сверхгигант, который расположен в соседней галактике, называемой Большим Магеллановым Облаком. Последняя является карликовой галактикой типа SBm и спутником Млечного Пути. Звезда WOH G64 чрезвычайно далека от нас – она расположена на удалении 163 тыс. световых лет от Солнечной системы. Нижняя граница радиуса звезды составляет 1540 солнечных, верхняя – 1730. Вероятно, WOH G64 не является самой большой звездой из всех, но она прочно занимает первое место по своим размерам, если говорить о светилах Большого Магелланового Облака.

Было выдвинуто предположение, согласно которому светимость WOH G64 составляет 500 тыс. солнечных при массе, в 40 раз превышающей показатели нашего светила. Между тем эти данные нельзя соотнести с низкой температурой WOH G64, составляющей 3200 K. Последующие наблюдения показали, что светимость звезды снижают пыль и газ, находящиеся вокруг нее. Как бы там ни было, эта звезда огромна: если ее поместить в центр нашей системы, то поверхность WOH G64 достигла бы орбиты Сатурна – шестой планеты от Солнца.

Звездный ветер привел к тому, что светило-гигант потеряло до трети всей своей массы. Уже через несколько тысяч лет оно может превратиться в сверхновую. Земле, правда, это ничем не грозит: звезда расположена на невероятно большом удалении от нашей планеты.

Гигантский тор вокруг WOH G64 / ©ESO

UY Щита является ярким красным сверхгигантом спектрального класса M4Ia. Она расположена в созвездии Щита. Ее классифицируют как полурегулярную переменную звезду, имеющую приблизительный период пульсации 740 дней. Прежде всего это светило интересно своими размерами, которые позволяют ему закрепиться на второй строчке рейтинга самых больших звезд. Если провести аналогию с нашим Солнцем, то объем UY Щита больше примерно в 5 млрд раз. При этом радиус светила может составлять 1900 солнечных.

Если предположить отсутствие светового загрязнения, то UY Щита можно рассмотреть, используя обычный небольшой телескоп или даже бинокль. Это красноватая звезда, расположенная в 2° к северу от видимой невооруженным глазом звезды типа-A ? Щита и в 2 минутах дуги к северо-западу от туманности Орла. И хотя при учете инфракрасного излучения яркость звезды превосходит яркость Солнца в 340 тыс. раз, этот объект «прячется» за огромным слоем находящихся вокруг него пыли и газа. UY Щита примечательна еще тем, что является наиболее быстро сгорающей звездой. Она теряет количество массы, равное 5,8·10 ?5 M ? /год.

UY Щита / ©Spacegid

1. NML Лебедя

А заслуженное первое место нашего рейтинга по праву достается красному гипергиганту NML Лебедя. Расположена она в созвездии Лебедя (северном полушарии звездного неба). Ее радиус может достигать 2775 солнечных! Впрочем, есть и нижняя граница – в этом случае показатель составляет примерно 1640 радиусов Солнца. Расстояние до звезды составляет 5,3 тыс. световых лет. Масса гиганта равна 25–40 солнечных, а светимость превосходит показатели нашей родной звезды в 270 тыс. раз. NML Лебедя отличают чрезвычайно большие показатели потери массы, которые составляют 2?10?4 масс Солнца в год.

Звезду обнаружили в 1965 году. Позже выяснилось, что в ее составе есть монооксид кремния, угарный газ, цианистый водород, моносульфид углерода, окись серы, диоксид серы, сульфид водорода. Впрочем, светило-гигант продолжает скрывать свои тайны, и на многие вопросы получится найти ответы лишь много лет спустя.

Звездная ассоциация, в которой находится NML Лебедя / ©Wikimedia

С виду неприметная UY Щита

Современная астрофизика в плане звёзд будто заново переживает младенческий период. Наблюдения звёзд дают больше вопросов, чем ответом. Поэтому спрашивая о том, какая звезда является наибольшей во Вселенной, нужно быть сразу готовым к ответным вопросам. Спрашиваете ли вы о самой большой из известных науке звёзд, или о том, какими лимитами ограничивает звезду наука? Как это обычно бывает, в обоих случаях вы не получите однозначного ответа. Самый вероятный кандидат на крупнейшую звезду вполне равноправно делит пальму первенства со своими «соседями». Насчёт того, насколько он может быть меньше настоящей «царь звезды» также остаётся открытым.

Сравнение размеров Солнца и звезды UY Щита. Солнце — почти невидимый пиксель слева от UY Щита.

Сверхгигант UY Щита с некоторой оговоркой можно назвать самой крупной звездой из наблюдаемых в наши дни. Почему «с оговоркой» будет сказано ниже. UY Щита удалён от нас на 9500 световых лет и наблюдается как тусклая переменная звёздочка, различимая в небольшой телескоп. По оценкам астрономов, её радиус превышает 1700 радиусов Солнца, а в период пульсации этот размер может увеличиться до целых 2000.

Получается, помести такую звезду на место Солнца, нынешние орбиты планеты земной группы оказались бы в недрах сверхгиганта, а границы её фотосферы временами упирались бы в орбиту . Если представить нашу Землю как гречневую крупицу, а Солнце – арбуз, то диаметр UY Щита будет сопоставим с высотой Останкинской телебашни.

Чтобы облететь такую звезду со скоростью света понадобится целых 7-8 часов. Вспомним, что свет, испущенный Солнцем, доходит до нашей планеты всего за 8 минут. Если лететь с той же скоростью, с какой за полтора часа совершает один оборот вокруг Земли, то полёт вокруг UY Щита продлится почти пять лет. Теперь представим эти масштабы, учитывая, что МКС летит в 20 быстрее пули и в десятки раз – пассажирских авиалайнеров.

Масса и светимость UY Щита

Стоит заметить, что столь чудовищный размер UY Щита совершенно несопоставим с другими её параметрами. Эта звезда «всего лишь» в 7-10 раз массивнее Солнца. Получается, средняя плотность этого сверхгиганта почти в миллион раз ниже плотности, окружающего нас, воздуха! Для сравнения, плотность Солнца в полтора раза превышает плотность воды, а крупица материи и вовсе «весит» миллионы тон. Грубо говоря, усреднённая материя такой звезды по плотности подобна слою атмосферы, расположенного на высоте около ста километров над уровнем моря. Этот слой, также называемый, линией Кармана, являет собой условную границу между земной атмосферой и космосом. Получается, плотность UY Щита лишь немногим не дотягивает до космического вакуума!

Также UY Щита не является самой яркой. Обладая собственной светимостью 340 000 солнечных, он в десятки раз тусклее самых ярких звёзд. Хорошим примером является звезда R136, которая, являясь самой массивной из известных ныне звёзд (265 солнечных масс), ярче Солнца почти в девять миллионов раз. При этом звезда всего лишь в 36 раз больше Солнца. Получается, R136 в 25 раз ярче и примерно во столько же раз массивнее UY Щита, при том, что она в 50 раз меньше исполина.

Физические параметры UY Щита

В целом UY Щита является пульсирующим переменным красным сверхгигантом спектрального класса M4Ia. То есть, на диаграмме спектр-светимости Герцшпрунга-Рассела UY Щита расположена на верхнем правом углу.

На данный момент звезда подбирается к конечным этапам своей эволюции. Как и все сверхгиганты, она приступила к активному сжиганию гелия и некоторых других более тяжелых элементов. Согласно современным моделям, через считанные миллионы лет UY Щита будет последовательно превращаться в жёлтого сверхгиганта, затем – в яркую голубую переменную или звезду Вольфа-Райе. Финальным этапам её эволюции будет сверхновый взрыв, в ходе которого звезда сбросит свою оболочку, вероятнее всего оставив после себя нейтронную звезду.

Уже сейчас UY Щита проявляет свою активность в виде полурегулярной переменности с приблизительным периодом пульсации 740 дней. Учитывая то, что звезда может менять свой радиус с 1700 до 2000 радиусов Солнца, скорость её расширения и сжатия сопоставима со скоростью космических кораблей! Потеря её массы составляет внушительную скорость 58 миллионных солнечных масс в год (или 19 земных масс в год). Это почти полторы земные массы в месяц. Так, будучи миллионы лет назад на главной последовательности, UY Щита могла иметь массу от 25 до 40 солнечных.

Великаны среди звёзд

Возвращаясь к оговорке, сказанной выше, отметим, что первенство UY Щита как самой большой из известных звёзд нельзя назвать однозначным. Дело в том, что астрономы до сих пор не могут с достаточной степенью точности определить расстояние до большинства звёзд, а значит и оценить их размеры. Кроме того, крупные звёзды, как правило, очень нестабильны (вспомним пульсацию UY Щита). Точно также они имеют довольно размытую структуру. Они могут обладать довольно протяженной атмосферой, непрозрачными газопылевыми оболочками, дисками или крупной звездой-компаньоном (пример – VV Цефея, см. ниже). Невозможно точно сказать, где проходит граница таких звёзд. В конце концов, устоявшееся понятие о границе звёзд как радиусе их фотосферы и без того крайне условно.

Поэтому в это число можно включить около десятка звёзд, к которым относится NML Лебедя, VV Цефея А, VY Большого Пса, WOH G64 и некоторые другие. Все эти звёзды расположены в окрестностях нашей галактики (считая его спутники) и во многом схожи друг с другом. Все они являются красными сверхгигантами или гипергигантами (о разнице сверх- и гипер см. ниже). Каждый из них через считанные миллионы, а то и тысячи лет превратится в сверхновую. Также они схожи в своих размерах, лежащих в пределах 1400-2000 солнечных.

Каждая из этих звёзд обладает своей особенностью. Так у UY Щита этой особенностью является, оговорённая ранее, переменность. WOH G64 обладает тороидальной газопылевой оболочкой. Крайне интересной является двойная затменно-переменная звезда VV Цефея. Она представляет собой тесную систему двух звёзд, состоящих из красного гипергиганта VV Цефея A и голубой звезды главной последовательности VV Цефея B. Центы этих звёзд расположены друг от друга в каких-то 17-34 . Учитывая то, что радиус VV Цефея B может достигать 9 а.е. (1900 солнечных радиусов), друг от друга звёзды расположены на «расстоянии вытянутой руки». Их тандем настолько тесен, что целые куски гипергиганта с огромными скоростями перетекают на «малютку-соседа», который меньше его почти в 200 раз.

В поисках лидера

В таких условиях оценка размера звёзд уже проблематична. Как можно говорить о размере звезды, если её атмосфера перетекает в другую звезду, или плавно переходит в газопылевой диск? Это при том, что сама-по себе звезда состоит из очень разряженного газа.

Более того, все крупнейшие звёзды являются крайне нестабильными и короткоживущими. Такие звёзды могут жить считанные миллионы, а то и вовсе сотни тысяч лет. Поэтому, наблюдая гигантскую звезду в другой галактике, можно быть уверенным, что сейчас на её месте пульсирует нейтронная звезда или искривляет пространство черная дыра, окруженная остатками сверхнового взрыва. Будь такая звезда даже в тысячах световых лет от нас нельзя быть полностью уверенным в том, что она до сих существует или осталась тем же исполином.

Прибавим к этому несовершенство современных методов определения расстояния до звёзд и ряд не оговоренных проблем. Получается то, что даже среди десятка известных крупнейших звёзд нельзя выделить определённого лидера и расставить их в порядке возрастания размеров. В данном случае UY Щита была приведена как наиболее вероятный кандидат на лидерство среди «большой десятки». Это вовсе не означает, что его лидерство неоспоримо и то, что, к примеру, NML Лебедя или VY Большого Пса не могут быть больше её. Поэтому разные источники на вопрос о наибольшей из известных звёзд могут отвечать по-разному. Это говорит скорее не об их некомпетентности, а о том, что наука не может давать однозначных ответов даже на столь прямые вопросы.

Крупнейшая во Вселенной

Уж если среди открытых звёзд наука не берётся выделить крупнейшую, как можно говорить о том, какая звезда является наибольшей во Вселенной? По оценкам учёных число звёзд даже в границах наблюдаемой Вселенной в десять раз превышает число песчинок на всех пляжах мира. Разумеется, даже взору самых мощных современных телескопов доступно невообразимо меньшая их часть. В поиске «звёздного лидера» не поможет и то, что крупнейшие звёзды могут выделяться своей светимостью. Какой бы их яркость не была, она померкнет при наблюдении далёких галактик. Тем более, как отмечалось ранее, самые яркие звёзды не являются самыми крупными (пример — R136).

Также вспомним о том, что наблюдая крупную звезду в далёкой галактике, мы фактически будем видеть её «призрак». Поэтому найти самую крупную звезду во Вселенной непросто невозможно, её поиски будут просто бессмысленны.

Гипергиганты

Если наибольшую звезду невозможно найти практически, может, стоит её разработать теоретически? Т.е., найти некий предел, после которого существование звезды уже не может быть звездой. Однако даже здесь современная наука сталкивается с проблемой. Современная теоретическая модель эволюции и физики звёзд не объясняют многого из того, что существует фактически и наблюдается в телескопы. Примером тому служат гипергиганты.

Астрономам не раз приходилось поднимать планку предела звёздной массы. Такой предел впервые ввёл в 1924 году английский астрофизик Артур Эддингтон. Получив кубическую зависимость светимости звёзд от их массы. Эддингтон понял, что звезда не может накапливать массу бесконечно. Яркость возрастает быстрее массы, и это рано или поздно приведёт к нарушению гидростатического равновесия. Световое давление нарастающей яркости будет буквально сдувать внешние слои звезды. Предел, рассчитанный Эддингтоном, составлял 65 солнечных масс. В последствие астрофизики уточняли его расчёты, добавляя в них неучтённые компоненты и применяя мощные компьютеры. Так современный теоретический предел массы звезд составляет 150 солнечных масс. Теперь вспомним о том, что масса R136a1 составляет 265 солнечных масс, это почти в два раза выше теоретического предела!

R136a1 является самой массивной из известных ныне звёзд. Кроме неё значительными массами обладает ещё несколько звёзд, число которых в нашей галактике можно пересчитать по пальцам. Такие звёзды назвали гипергигантами. Заметим, что R136a1 значительно меньше звёзд, которые, казалось бы, должны быть ниже её по классу – к примеру, сверхгиганта UY Щита. Всё потому что гипергигантами называет не самые крупные, а именно самые массивные звёзды. Для таких звёзд создали отдельный класс на диаграмме спектр-светимости (O), расположенных выше класса сверхгигантов (Ia). Точной начальной планки массы гипергиганта не установлено, но, как правило, их масса превышает 100 солнечных. Ни одна из крупнейших звёзд «большой десятки» не дотягивает до этих пределов.

Теоретический тупик

Современная наука не может объяснить природу существования звёзд, масса которых превышает 150 солнечных. Отсюда вытекает вопрос, как можно определить теоретический предел размера звёзд, если радиус звезды, в отличие от массы, сам по себе является расплывчатым понятием.

Примем во внимание то, что точно не известно, что представляли собой звёзды первого поколения, и какими они будут в ходе дальнейшей эволюции Вселенной. Изменения состава, металличности звёзд может повлечь радикальные перемены в их структуре. Астрофизиком только предстоит осмыслить те сюрпризы, которые преподнесут им дальнейшие наблюдения и теоретические изыскания. Вполне возможно, что UY Щита может оказаться настоящей крохой на фоне гипотетической «царь-звезды», которая где-нибудь светит или будет светить в самых далёких уголках нашей Вселенной.

Иллюстрация звезды R136a1 – наиболее массивной из известных на сегодняшний день. Авторы и права: Sephirohq / Wikipedia.

Посмотрите на ночное небо – оно заполнено звёздами. Однако только микроскопическая часть из них видна невооруженным глазом. На самом деле, по оценкам учёных, в видимой Вселенной существует 10 000 миллиардов галактик в каждой из которых более ста миллиардов звёзд. А это ни много ни мало 10 24 звёзд. Эти эффектные тепловые станции имеют различные цвета и размеры – и в сравнении со многими из них наше Солнце выглядят просто крошечным. Однако какая звезда является настоящим космическим гигантом? Сперва нам необходимо дать определение понятию гигантская звезда: она должна обладать наибольшим радиусом или же наибольшей массой?

На сегодняшний день звездой с наибольшим радиусом признана звезда UY Щита (Scuti) – переменный красный сверхгигант в созвездии Щита. Она удалена от нас более чем на 9500 световых лет, и состоит по большей части из водорода и гелия, а также ряда других более тяжелых элементов. По химическому составу UY Щита напоминает наше Солнце, однако имеет радиус в 1708 (± 192) раз больший, чем у нашего светила. То есть почти 1 200 000 000 км, в результате чего ее окружность составляет более 7,5 миллиардов километров. Чтобы было проще понять такие размеры можно представить себе самолет, которому потребуется 950 лет чтобы облететь UY Щита – и даже если самолет сможет двигаться со скоростью света его путешествие продлится 6 часов и 55 минут.

Если мы поместим UY Щита на место нашего Солнца, то её поверхность будет проходить где-то между орбитами Юпитера и Сатурна – само собой разумеется, что Земля в этом случае будет поглощена. Учитывая огромный размер и массу от 20 до 40 солнечных масс, можно рассчитать, что плотность UY Щита составляет всего 7×10 -6 кг/м 3 . Другими словами, это более чем в миллиард раз меньше плотности воды. В самом деле, если бы мы сумели поместить эту звезду в бассейн, то теоретически она бы плавала. Будучи более чем в миллион раз менее плотной, чем земная атмосфера UY Щита, подобно воздушному шарику, летала бы в воздухе.

Но если эти безумные факты не удивили вас, то давайте перейдем к самой тяжелой звезде. Звезда-тяжеловес R136a1, расположена в Большом Магеллановом Облаке, приблизительно в 165 000 световых лет от нас. Эта звезда всего в 35 раз крупнее нашего Солнца, однако она 265 раз тяжелее его – это действительно удивительно учитывая тот факт, что она уже потеряла 55 солнечных масс за 1,6 миллиона лет своей жизни.

R136a1 является весьма нестабильной звездой типа Вольфа-Райе. Она выглядит как голубой шар с нечёткой поверхностью, который постоянно формирует чрезвычайно мощные звёздные ветры. Эти ветры движутся со скоростью до 2600 км/с. Из-за такой высокой активности R136a1 теряет 3,21×10 18 кг/с своей массы – это примерно одна Земля каждые 22 дня. Звезды такого типа светят ярко и умирают быстро. R136a1 излучает в девять миллионов раз больше энергии, чем наше Солнце. Её яркость в 94 000 раз больше яркости Солнца. В действительности это наиболее яркая звезда из когда-либо найденных. Температура на её поверхности составляет более 53 000 Кельвин, а жить ей осталось всего два миллиона лет после чего она взорвется как сверхновая.

Конечно, против таких гигантов наше Солнце кажется карликом, но со временем оно тоже будет увеличиваться в размерах. Примерно через семь с половиной миллиардов лет, оно достигнет своего наибольшего размера и превратится в красного гиганта.