Дмитрий Вибе: Местный пух

Солнечная система пребывает в гигантской зоне горячей фазы - так называемом Местном пузыре. Внутри Местного пузыря попадаются отдельные островки тёплой фазы. Они носят обобщающее название Местного пуха.

Расстояния даже до ближайших звёзд настолько велики, что способны вогнать в депрессию самого ярого фанатика межзвёздных контактов и путешествий. Но звёзды не единственное население Галактики. В ней есть компонент, расстояние до которого в точности равно нулю.

С октября 2008 года в межпланетном пространстве несёт службу космический зонд IBEX. Его задача - ловить залетающее в Солнечную систему межзвёздное вещество. Название IBEX расшифровывается как Interstellar Boundary Explorer - "Исследователь межзвёздной границы".

Воображению рисуются дальние подступы к Солнечной системе, крохотный, но всё ещё ослепительный шарик Солнца, бледная голубая точка Земли, едва различимая в солнечных лучах… И небольшой одинокий аппаратик, разведчик, по крупицам вырывающий у природы тайны межзвёздной материи. На самом деле всё несколько не так, и исследователь межзвёздной границы к этой самой границе не подлетел и близко. Он остался возле Земли и даже в самой далёкой точке своей траектории не выходит за орбиту Луны. Этакий кабинетный учёный, изучающий мир, не покидая пределов Садового кольца.

Солнечный ветер выдувает вокруг нашей планетной системы гигантский пузырь - гелиосферу. Внутри неё - межпланетная среда, снаружи - уже межзвёздная. Именно межзвёздная среда представляет собою тот компонент Галактики, с которым Солнечная система контактирует непосредственно. Исследования пограничной зоны ведутся уже давно, в них, в частности, активно участвовали и советские космические аппараты, но это всё были косвенные исследования. А хочется и потрогать ту часть Галактики, что так близка к нам.

Близость эта относительная. С наветренной стороны, там, где поджимает её набегающий поток межзвёздного ветра, гелиосфера простирается на сотню астрономических единиц от Солнца. С подветренной - раза в два дальше. Межзвёздное вещество, сталкиваясь с гелиосферой, сминает межпланетное магнитное поле и формирует вокруг Солнечной системы магнитный щит. Заряженные частицы пробиться через него не могут, а вот нейтральные атомы пронзают заслон и долетают до внутренних областей системы. Здесь-то их и подстерегает IBEX. Кроме того, он отлавливает не только пришлые атомы, но и нейтральные атомы, образовавшиеся из ионов в самой пограничной области.

Одним из первых примечательных открытий IBEX, сделанных в первый же год работы, стало обнаружение сильной неоднородности траекторий нейтральных атомов в Солнечной системе. Выяснилось, что они прилетают преимущественно из довольно узкой полосы на небе, которая, по-видимому, отражает особенности структуры галактического магнитного поля в окрестностях Солнца.

Дальнейшие наблюдения показали, что "лента" - источник нейтральных атомов - со временем заметно меняется: снижается поток атомов, перераспределяются по ней наиболее активные пятна. Конечно, можно было предположить, что поток будет как-то варьироваться с циклом солнечной активности, но переменности на временах порядка нескольких месяцев никто не ожидал.

Новая порция результатов IBEX опубликована в февральском номере журнала Astrophysical Journal Supplement Series. По этим результатам в очередной раз уточнилась картина распределения вещества в окрестностях Солнечной системы. Вообще, согласно современным представлениям, межзвёздная среда Галактики разделена (условно) на три фазы: горячую (плотность порядка 0,001 частицы на куб. см, температура более миллиона К), тёплую (плотность порядка 0,1 частицы на куб. см, температура около 8000 К) и холодную (плотность выше 100 частиц на куб. см, температура ниже 100 К).

В целом Солнечная система пребывает в гигантской, поперечником в пару-тройку сотен парсеков, зоне горячей фазы - так называемом Местном пузыре. Внутри Местного пузыря попадаются отдельные островки тёплой фазы, и мы сейчас как раз пробираемся через небольшое межзвёздное облачко, температура которого составляет 5000-8000 К. Таких облачков в окрестностях Солнца несколько. Они носят обобщающее название Местного пуха (Local Fluff) и занимают объём поперечником около 30 парсек.

Происхождение Местного пузыря неясно. Со времён Винни-Пуха известно, что дыра - это нора, а нора - это кролик. Рождение подобных структур в нашей и других галактиках неизменно связывается со вспышками сверхновых - взрывами (вероятно, неоднократными), которые способны выжечь в межзвёздном газе такие гигантские каверны. А предсверхновая - массивная звезда - предполагает наличие скопления, поскольку такие звёзды не формируются поодиночке. Странно то, что в окрестностях Солнца нет скоплений, в которых могла бы вспыхнуть такая сверхновая. Ближайший подходящий вариант - ассоциация Скорпиона-Центавра, но она расположена на краю Местного пузыря, а не вблизи его центра, как можно было бы ожидать.

Другая неясность заключена в температуре газа Местного пузыря. Поначалу оценки, полученные из анализа мягкого рентгеновского фона, давали высокие значения в миллионы К, вполне приличествующие уважающей себя горячей фазе. Однако позже возникло подозрение, что по крайней мере часть рентгеновского фона рождается не в горячем пузыре, а в переходной области на границе Солнечной системы.

Стало быть, он на самом деле не такой уж горячий, с температурой, возможно, ниже миллиона К. Но если температура ниже, то и давление в пузыре ниже. Это означает, что он очень молод: низкое давление не даст ему долго сохраниться в виде распознаваемой структуры. Но молодость только усугубляет проблему происхождения. Если миллионов за десять-двадцать лет следы звезды, породившей Местный пузырь, могли затеряться, то объяснить их отсутствие уже через миллион лет затруднительно.

С другой стороны, низкая температура в пузыре лучше объясняет выживание Местного пуха. Несколько странно обнаружить в раскалённой плазме облачка, которые за миллионы лет почему-то не испарились. Для их долголетия предлагаются разные объяснения. Например, предполагалось, что Местный пух на самом деле сформирован не облачками, а короткоживущими флуктуациями плотности.

Однако анализ кинематики облачков показывает, что они движутся в пространстве как целостные объекты, так что, скорее всего, являются всё-таки устойчивыми конденсациями газа. Интересно, что движение облачков направлено прочь от ассоциации Скорпиона-Центавра. Это привело к другому предположению об их природе: они могли быть вброшены в Местный пузырь в результате взрывных процессов в ассоциации.

В непосредственных окрестностях Солнца находятся два облачка - облако LIC (Local Interstellar Cloud) и облако G. На первое мы (сами того не сознавая) смотрим, когда любуемся созвездиями Тельца, Возничего и сопредельными. Второе расположено в направлении примерно на центр Галактики и чуть-чуть поглощает, например, свет альфы Центавра. Анализ скорости движения местной межзвёздной среды по данным IBEX позволил уточнить наше расположение относительно этих облаков.

Прежние данные указывали, что скорость втекания вещества в Солнечную систему не согласуется ни со скоростью облака LIC, ни со скоростью облака G, как если бы мы находились где-то между ними. Более точные измерения на IBEX свидетельствуют, что всё-таки в нас втекает вещество облако LIC, то есть мы находимся внутри него, правда, очень близко к границе, и вылетим из облака примерно через 4 тысячи лет. В равной степени, конечно, можно сказать, что это оно сдвинется в сторону, ибо взаимное расположение Солнца и облачков определяется как движением Солнца, так и движением Местного пуха.

Поскольку IBEX способен непосредственно подсчитывать атомы кислорода, он позволил оценить содержание этого элемента в Местной межзвёздной среде. Оказалось, что кислорода в Местном пухе примерно в три раза меньше, чем на Солнце. Это согласуется с оценками содержания кислорода и в окрестных звёздах и лишний раз подтверждает, что Солнце почему-то более богато тяжёлыми элементами, чем его окрестности. Впрочем, нужно помнить, что количество солнечного кислорода нам известно довольно плохо, так что в будущем эта разница может сократиться.

Изначально считалось, что IBEX проработает два года. Однако проект оказался весьма успешным и потому продолжает работать. Осенью 2011 года его перевели на другую, более устойчивую орбиту, так что поток данных из Местной межзвёздной среды не иссякнет. Это особенно интересно с учётом того, что, как выясняется, некоторые изменения в окружающем нас пространстве мы можем отслеживать буквально в реальном времени.