В Солнечной системе может быть еще одна звезда: где она прячется и почему ее не видят телескопы

В 1982 году американские палеонтологи Дэвид Рауп и Джек Сепкоски опубликовали в научном журнале Science масштабное исследование. Они собрали самую полную на тот момент базу данных о вымираниях морских организмов за последние 250 миллионов лет. Ученые выбрали именно морских животных, потому что на дне океанов осадочные породы накапливаются непрерывно, и каменная летопись сохраняется там гораздо лучше, чем на суше.

Когда исследователи нанесли все известные случаи массовой гибели видов на временную шкалу, обнаружилась неожиданная закономерность. Вымирания происходили не хаотично, а строго через каждые 26 миллионов лет.

Для науки того времени этот вывод стал серьезной проблемой. Обычно виды исчезают из-за изменения климата, извержений крупных вулканов, падения уровня океана или появления новых хищников. Но все эти земные процессы не могут повторяться с точностью до миллиона лет на протяжении четверти миллиарда лет. Внутри самой Земли нет механизмов, способных поддерживать такое стабильное расписание. Логика подсказывала, что причина должна находиться за пределами нашей планеты — в космосе.

За решение этой задачи взялся Ричард Мюллер, профессор физики из Калифорнийского университета в Беркли. Чтобы объяснить строгую периодичность земных катастроф, он выдвинул гипотезу, которую поддерживает до сих пор. По мнению физика, наше Солнце — не одиночная звезда. У него есть звезда-компаньон, которую ученые пока не смогли обнаружить. Этот объект, получивший название Немезида, вращается вместе с Солнцем вокруг общего центра тяжести и каждые 26 миллионов лет направляет в сторону Земли огромное количество комет.

Как устроена гипотетическая система Солнца и Немезиды

В космосе одиночные звезды встречаются даже реже, чем двойные или тройные. Большинство звезд в нашей Галактике живут парами: они связаны взаимным притяжением и вращаются вокруг общей точки, которую физики называют общим центром масс. Если две звезды весят одинаково, эта точка находится ровно посередине между ними. Если одна звезда намного тяжелее другой, центр тяжести смещается ближе к более массивному телу, но оба светила все равно совершают оборот за одно и то же время.

Ричард Мюллер предположил, что пару нашему Солнцу составляет красный карлик. Красными карликами называют небольшие и относительно холодные звезды. Они светят очень тускло по сравнению с Солнцем и расходуют свое ядерное топливо крайне медленно. По расчетам Мюллера, масса Немезиды должна составлять как минимум пять процентов от массы Солнца. Объект меньшего размера просто не обладал бы достаточной силой притяжения, чтобы влиять на окраины Солнечной системы.

При этом Мюллер отдельно подчеркивает два важных момента. Во-первых, Немезида не имеет никакого отношения к популярным теориям о «Планете Икс» — гипотетической крупной планете, которую некоторые астрономы ищут за орбитой Нептуна. Речь идет именно о полноценной звезде, расположенной гораздо дальше всех известных планет.

Во-вторых, гипотеза Немезиды не связана со случайными чужими звездами, которые иногда пролетают мимо Солнечной системы. Такие звезды действительно существуют, и они способны своей гравитацией нарушать покой на окраинах нашей системы. Однако чужие звезды прилетают в разное время и с разных направлений. Они не могут вызывать катастрофы на Земле со строгим интервалом в 26 миллионов лет. Регулярный цикл требует наличия постоянного спутника, который возвращается в одну и ту же область пространства по замкнутой траектории.

Облако Оорта: откуда прилетают опасные кометы

Сама по себе Немезида никогда не приближается к Земле или другим планетам — ее орбита проходит на огромном удалении от нас. Угрозу представляет ее воздействие на так называемое облако Оорта.

Облаком Оорта астрономы называют гигантскую сферическую область из ледяных глыб, которая со всех сторон окружает Солнечную систему. Внешняя граница этого облака находится на расстоянии до 1,6 светового года от Солнца. Для понимания масштаба: свет от Солнца доходит до Земли за восемь минут, до самой далекой планеты Нептун — за четыре часа, а до края облака Оорта свет летит больше полутора лет. Это расстояние составляет примерно треть пути до ближайшей к нам чужой звезды — Проксимы Центавра.

Внутри облака Оорта находятся триллионы ледяных объектов разного размера. Увидеть само облако в телескоп невозможно: ледяные глыбы слишком малы, находятся невероятно далеко и почти не отражают слабый солнечный свет. Ученые знают о существовании этой структуры только потому, что оттуда к Солнцу регулярно прилетают долгопериодические кометы. Так называют кометы, которым на один оборот вокруг Солнца требуются тысячи или даже миллионы лет. Кроме того, в отличие от планет, которые вращаются в одной плоскости, такие кометы прилетают к нам под самыми разными углами и со всех направлений, что доказывает сферическую форму облака.

Директор Астрофизической лаборатории Бордо во Франции Шон Реймонд объясняет, что строительный материал для облака Оорта собрался около 4,5 миллиарда лет назад из трех разных источников.

Первый источник — это остатки формирования самой Солнечной системы. Когда молодое Солнце только образовалось, вокруг него вращалось плотное облако из газа, пыли, камней и льда. Из большей части этого вещества слепились планеты, а оставшиеся глыбы притяжение крупных планет выбросило далеко на окраины.

Второй источник — вещество от других звезд. Наше Солнце родилось не в одиночестве, а внутри тесной группы других молодых светил. На раннем этапе они находились так близко друг к другу, что Солнце смогло своим притяжением перетянуть часть ледяных обломков у ближайших соседей.

Третий источник — объекты из открытого межзвездного пространства. Солнечная система захватывала их во время сближения с другими звездами, а также за счет гравитации Юпитера. Самая массивная планета нашей системы своим притяжением меняла траектории пролетающих тел и забрасывала их на самые дальние орбиты, где они и оставались.

На расстоянии в полтора световых года притяжение Солнца ослабевает настолько, что триллионы ледяных глыб в облаке Оорта удерживаются на своих местах крайне нестабильно. Любое внешнее гравитационное воздействие способно сбить их с привычного пути.

По модели Ричарда Мюллера, Немезида движется вокруг общего с Солнцем центра тяжести не по идеальному кругу, а по слегка вытянутой овальной траектории. Большую часть времени звезда проводит вдали от облака Оорта и никак ему не мешает. Но один раз за свой полный оборот — то есть каждые 26 миллионов лет — Немезида приближается к Солнцу на минимальное расстояние и проходит прямо сквозь самую густую часть облака Оорта.

Притяжение красного карлика сдвигает с места миллиарды комет. Часть из них улетает прочь в глубокий космос, а другая часть теряет скорость и начинает падать внутрь Солнечной системы, по направлению к планетам и Солнцу. Поскольку само облако Оорта имеет гигантские размеры, а звезда на таком удалении движется медленно, проход Немезиды через плотную зону занимает много времени.

В результате поток комет, летящих во внутреннюю часть Солнечной системы, не заканчивается быстро. По словам Мюллера, период повышенной опасности длится около одного миллиона лет. Все это время кометы регулярно пересекают орбиту Земли, и вероятность прямого столкновения нашей планеты с одной или несколькими крупными ледяными глыбами возрастает во много раз. Именно эти миллионолетние периоды бомбардировок и отпечатались в земных породах как эпохи массовых вымираний.

Спор о гибели динозавров: астероид или комета

Самый известный эпизод в таблице вымираний Раупа и Сепкоски произошел 66 миллионов лет назад. В геологии этот рубеж называют мел-палеогеновой границей. Именно тогда с лица Земли исчезли динозавры и множество других видов сухопутных и морских животных. Причина этой катастрофы хорошо изучена: на полуострове Юкатан в современной Мексике ученые нашли гигантский кратер от падения космического тела.

Однако здесь гипотеза Мюллера расходится с общепринятым мнением большинства ученых. Сегодня в научной литературе принято считать, что динозавров погубил крупный астероид, а не комета. Для гипотезы Немезиды эта разница имеет решающее значение.

Астероиды — это каменистые или металлические тела, которые в основном вращаются в главном поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера, то есть совсем близко к Земле. Далекая звезда Немезида на расстоянии в полтора световых года никак не может повлиять на пояс астероидов — там безраздельно властвует притяжение Солнца и Юпитера. Если на Юкатан действительно упал астероид из внутренней части системы, то Немезида к вымиранию динозавров не причастна, а значит, рушится и вся логика 26-миллионолетнего цикла.

Ричард Мюллер утверждает, что никаких твердых доказательств в пользу именно астероида у науки нет. Он объясняет происхождение этой версии историей самого открытия. Автором теории о том, что динозавры погибли от удара из космоса, был геолог Уолтер Альварес — коллега Мюллера по Калифорнийскому университету в Беркли. Альварес с командой обнаружил в древних породах по всему миру тонкий слой иридия — редкого металла, которого мало в земной коре, но много в космических телах.

В своей первой научной статье Альварес написал, что этот слой принес упавший на Землю астероид, и с тех пор это слово закрепилось во всех учебниках и научных работах.

Позже Мюллер лично обратился к Альваресу и спросил его напрямую: почему тот написал про астероид и могло ли это тело на самом деле быть кометой? Альварес ответил, что это вполне могла быть комета, потому что ученые в любом случае не смогли бы отличить одно от другого.

Причина проста: когда космическое тело диаметром в десять километров врезается в Землю на скорости в десятки километров в секунду, выделяется колоссальное количество энергии. Само тело при ударе полностью испаряется и разрушается, смешиваясь с расплавленными земными породами. Комета из облака Оорта содержит не только лед, но и огромное количество каменистой пыли с тем же самым иридием. Поэтому ни по форме кратера на Юкатане, ни по химическому составу осадочных пород невозможно точно сказать, прилетел ли этот объект из соседнего пояса астероидов или с самых дальних окраин облака Оорта.

Почему вторую звезду до сих пор не нашли

Главное возражение астрономов против гипотезы Мюллера звучит очень просто: если рядом с Солнцем действительно находится целая звезда, пусть даже тусклая, современные телескопы давно должны были ее заметить.

Красный карлик массой в пять процентов от солнечной на расстоянии полутора световых лет будет иметь так называемую восьмую или девятую звездную величину. В астрономии этой шкалой измеряют видимую яркость объектов на небе: чем больше число, тем более тусклым выглядит светило. Невооруженным глазом в ясную ночь человек способен разглядеть звезды максимум шестой величины. Это значит, что увидеть Немезиду без приборов нельзя. Однако объект восьмой или девятой величины легко виден даже в хороший бинокль или любительский телескоп, не говоря уже о мощных профессиональных обсерваториях, которые десятилетиями фотографируют все небо.

Ричард Мюллер объясняет это противоречие тем, как именно устроен процесс поиска близких звезд.

Когда астроном смотрит на фотографию звездного неба, он видит миллионы светящихся точек. Проблема в том, что по одному снимку невозможно понять, на каком расстоянии находится конкретная точка. Маленький и тусклый красный карлик, расположенный совсем близко к Солнцу, выглядит на фотографии точно так же, как гигантская и очень яркая звезда, которая находится за тысячи световых лет от нас. В каталогах уже зафиксированы сотни миллионов таких точек, но ученые не знают точного расстояния до большинства из них.

Чтобы найти близкие к нам объекты, астрономы используют метод сравнения снимков. Они фотографируют один и тот же участок неба с перерывом в несколько месяцев или лет и накладывают кадры друг на друга. Далекие звезды остаются неподвижными, а близкие объекты заметно смещаются относительно этого фона. Именно по такому смещению поперек нашего взгляда ученые обычно и находят соседние звезды.

Однако в случае с Немезидой этот метод не работает. Случайные чужие звезды летят сквозь Галактику по своим собственным маршрутам и с высокой скоростью пересекают наше поле зрения, поэтому их смещение сразу бросается в глаза. Немезида же привязана к Солнцу гравитацией и движется вместе с нами вокруг общего центра тяжести. Кроме того, сейчас она находится в самой дальней точке своей вытянутой орбиты, где скорость ее движения минимальна.

В результате для наблюдателя с Земли Немезида почти не смещается на фоне далеких звезд. Когда автоматические телескопы сканируют небо в поисках быстро движущихся близких объектов, их программы просто пропускают Немезиду, принимая ее за обычную далекую звезду где-то в глубине Галактики.

Поиски осложняет и еще один фактор — расположение звезды на небе. Земля и все остальные большие планеты вращаются вокруг Солнца практически в одной плоскости. В астрономии ее называют плоскостью эклиптики. Если мы смотрим с Земли вдоль этой плоскости, наш взгляд упирается в ту линию на небе, по которой в течение года проходят Солнце и планеты.

По словам Мюллера, если Немезида существует, ее орбита почти наверняка лежит в этой же самой плоскости или очень близко к ней. Для астрономов это самая сложная зона для наблюдений. В этой узкой полосе неба сосредоточено большинство известных астероидов, малых тел внешней Солнечной системы, а также огромное количество далеких звезд фона. Искать там одну ничем не примечательную тусклую звезду, которая почти не двигается, без знания ее точных координат — задача исключительной сложности. Вероятнее всего, Немезида уже давно сфотографирована и занесена в астрономические базы данных, но числится там как рядовая далекая звезда.

Как ученые планируют проверить гипотезу в ближайшие годы

Поскольку найти саму звезду прямым наблюдением пока не удается, астрономы рассчитывают проверить гипотезу косвенным путем — через изучение комет и самого облака Оорта.

Главным инструментом для этого должна стать новая обсерватория имени Веры Рубин, расположенная в Чили, которая как раз начинает свою работу. В отличие от многих других телескопов, которые детально изучают только маленькие выбранные участки космоса, этот телескоп оснащен самой большой в мире цифровой камерой с огромным полем зрения. Он будет непрерывно фотографировать все доступное небо каждые несколько ночей.

Благодаря такой методике обсерватория имени Веры Рубин сможет обнаружить множество новых тусклых объектов, в том числе долгопериодические кометы из облака Оорта, которые раньше оставались незамеченными. Когда астрономы соберут данные о траекториях сотен таких комет и точно рассчитают, откуда именно они прилетели, они смогут составить подробную карту облака Оорта. Если выяснится, что кометы вылетают преимущественно из одной области, где их орбиты явно нарушены чьим-то сильным притяжением, ученые получат прямое указание на то, в каком секторе неба нужно прицельно искать массивный объект.

Что касается безопасности самой Земли, то расчеты Ричарда Мюллера дают повод для спокойствия. Если 26-миллионолетний цикл реален, сейчас наша планета находится примерно в середине безопасного промежутка между катастрофами. Немезида движется по самой дальней части своей орбиты, вдали от плотных слоев облака Оорта. Следующее сближение звезды с ледяным облаком и новый период массированного падения комет начнутся не раньше чем через 12-15 миллионов лет.