Наше Солнце вращается вокруг центра Млечного Пути со скоростью 724 000 километров в час. Недавно ученые обнаружили звезды, которые мчатся из нашей галактики со скоростью более 1 500 000 км/ч. Может ли звезда двигаться еще быстрее?

Проведя некоторые расчеты, астрофизики Гарвардского университета Ави Лоеб и Джеймс Гильшон поняли, что да, звезды могут двигаться быстрее. Намного быстрее. Согласно их анализу, звезды могут достигать скорости света. Результаты сугубо теоретические, поэтому никто не знает, может ли такое произойти, пока астрономы не зафиксируют эти сверхскоростные звезды — что, по словам Лоеба, станет возможно с телескопами следующего поколения.

Но скорость — это не все, что получат астрономы после обнаружения. Если такие сверхбыстрые звезды все же будут найдены, они помогут понять эволюцию Вселенной. В частности, дать ученым еще один инструмент для измерения скорости расширения космоса. Кроме того, говорит Лоеб, при определенных условиях на орбите таких звезд могут быть и планеты, путешествующие через галактики. И если на таких планетах будет жизнь, они могли бы переносить ее с одной галактики в другую. Согласитесь, интересные рассуждения.

Все началось в 2005 году, когда была обнаружена звезда, которая стремилась прочь из нашей галактики так быстро, что могла покинуть гравитационное поле Млечного Пути. В течение следующих лет астрономы смогли обнаружить еще несколько звезд, которые стали известны как сверхскоростные звезды (hypervelocity stars). Эти звезды были вытолкнуты сверхмассивной черной дырой в центре Млечного Пути. Когда пара таких звезд, вращающихся друг вокруг друга, подходит близко к центральной черной дыре, которая весит в миллионы раз больше Солнца, три объекта вступают в короткий гравитационный танец, в результате которого одна звезда оказывается выброшена. Другая остается на орбите вокруг черной дыры.

Лоеб и Гильшон поняли, что если вместо этого у вас будет две сверхмассивные черные дыры на грани столкновения и звезда, которая вращается вокруг одной черной дыры, гравитационные взаимодействия могли бы катапультировать звезду в межгалактическое пространство со скоростью, в сотни раз превышающую скорость сверхскоростных звезд. Анализ был опубликован в журнале Physical Review Letters.

По мнению Лоеба, это наиболее вероятный сценарий, в ходе которого могут появиться самые быстрые звезды во Вселенной. В конце концов, сверхмассивные черные дыры сталкиваются чаще, чем вы думаете. Почти все галактики обладают сверхмассивными черными дырами в центрах, и почти все галактики стали результатом слияния двух меньших галактик. Когда объединяются галактики, объединяются и центральные черные дыры.

Лоеб и Гильшон рассчитали, что слияние сверхмассивных черных дыр должно было бы выбросить звезды с широким диапазоном скоростей. Немногие из них достигли бы околосветовой скорости, но остальные разогнались бы достаточно серьезно. К примеру, говорит Лоеб, в наблюдаемой Вселенной может быть больше триллиона звезд, которые движутся со скоростью 1/10 от световой, то есть порядка 107 000 000 километров в час.

Поскольку движение одиночной изолированной звезды через межгалактическое пространство будет достаточно тусклым, только мощные телескопы будущего вроде космического телескопа Джеймса Уэбба, запланированного к запуску в 2018 году, смогут их обнаружить. Да и то, скорее всего, такие телескопы смогут увидеть только звезды, которые достигли наших галактических окрестностей. Большинство выброшенных звезд, скорее всего, образовались рядом с центрами галактик и были выброшены вскоре после своего рождения. Это означает, что они путешествуют уже большую часть своего жизненного времени. В таком случае возраст звезды будет приблизительно равен времени, которое путешествует звезда. Объединив время пути с измеренной скоростью, астрономы смогут определить расстояние от домашней галактики звезды до наших галактических окрестностей.

Если астрономы смогут найти звезды, которые были выброшены из одной галактики в разное время, они смогут использовать их для измерения расстояния до этой галактики в разных моментах в прошлом. Глядя на то, как это расстояние менялось со временем, можно будет определить, насколько быстро расширяется Вселенная.

Две сливающиеся галактики

У сверхбыстрых блуждающих звезд может быть и другое применение. Когда сверхмассивные черные дыры сталкиваются одна с другой, они создают рябь в пространстве и времени, гравитационные волны, которые отображают интимные подробности слияния черных дыр. Космический телескоп eLISA, запланированный к запуску в 2028 году, будет выявлять гравитационные волны. Поскольку сверхбыстрые звезды образуются, когда черные дыры вот-вот сольются, они будут выступать своего рода сигналом, который укажет eLISA на возможные источники гравитационных волн.

Существование таких звезд будет одним из самых ярких сигналов того, что две сверхмассивные черные дыры находятся на пороге слияния, говорит астрофизик Энрико Рамирес-Руис из Калифорнийского университета в Санта-Крус. Хотя их может быть сложно обнаружить, они будут представлять принципиально новый инструмент для изучения Вселенной.

Через 4 миллиарда лет наша галактика Млечный Путь столкнется с галактикой Андромеда. Две сверхмассивные черные дыры в их центрах сольются, и звезды тоже могут быть выброшены. Наше Солнце слишком далеко от центра галактик, чтобы быть выброшенным, но другая звезда, возможно, будет удерживать обитаемые планеты. И если люди к тому времени еще будут существовать, они потенциально смогут сесть на эту планету и отправиться в другую галактику. Хотя, конечно, эта перспектива далека, как ни одна другая.