облако тэгов
Это вторая часть статьи "И небо в алмазах".
Люси в небе
В 1967 г. The Beatles выпустили один из своих величайших хитов Lucy In The Sky With Diamonds [«Люси в небе с бриллиантами»]. Изначально песня была вдохновлена портретом, нарисованным сыном Джона Леннона, юным Джулианом, девушки в буквальном смысле слова среди звёзд, которые сверкали, как бриллианты.
В 2004 г. астрономы Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики [Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics] сделали поразительное открытие. Первоначально идентифицированный как V886 Центавра [V886 Centauri] или BPM 37093, этот белый карлик имеет ок. 4000 км в диаметре и, возможно, является самым крупным природным алмазом, который «кто-либо когда-либо видел». Вдохновлённые The Beatles, учёные, открывшие объект, окрестили его Люси. Это 886-я переменная звезда в созвездии Центавра. Она расположена на расстоянии 50 световых лет (4,7×1014 км) от нас.
Размер этого алмаза – ошеломляющие 10 миллиардов триллионов триллионов карат, по сравнению с которыми крупнейшие природные алмазы на планете Земля кажутся невидимыми. Это 5 миллионов триллионов триллионов фунтов (т. к. фунт равен 0,45 кг, в килограммах это вдвое меньше).
Диаметр Солнца составляет 870.000 миль (1,4 млн км). Люси крошечная, её диаметр составляет всего 2500 миль (4000 км). Солнце в 109 раз больше диаметра Земли. Люси всего в 2-3 раза больше Земли. Это мало для звезды. Однако масса Люси примерно такая же, как у нашего Солнца. В крошечном шарике слишком много веса. Хотя сейчас Люси – мёртвая звезда, раньше она светила как наше Солнце. Сейчас Люси очень тусклая, её яркость составляет всего 1/2000 от видимой яркости Солнца.
Что такое Люси? Люси – самый массивный пульсирующий белый карлик, известный в настоящее время. Как и другие белые карлики, Люси, вероятно, состоит в основном из углерода и кислорода, образовавшихся в результате термоядерного синтеза ядер гелия в прошлом. У Люси очень разреженная атмосфера из водорода и гелия. Атмосфера нашего Солнца в основном состоит из водорода и гелия.
Этот карлик сиял так ярко, что его можно было даже увидеть в созвездия Центавра. Учёные наблюдали низкий гул из созвездия, который, как было подтверждено в 2004 г., принадлежал белому карлику – гигантской умирающей звезде, поверхность которой полностью кристаллизовалась в алмазы (по нашей человеческой гипотезе – как на самом деле, никто не знает).
Люси больше нашей Луны. Для алмаза такого качества потребовалась бы ювелирная лупа размером с Солнце!
Его первооткрыватели-астрофизики из Гарвард-Смитсоновского центра определили его только как «кусок кристаллизованного углерода» в 1992 г. Позже было замечено, что у Люси пульсирующая аура в результате падения температуры её ядра ниже 12.000° F (6600° C). Учёные продолжили изучение частотного спектра звезды, чтобы определить её состав, используя новую науку, называемую астеросейсмологией. Они использовали радиоволны, чтобы понять, что ядро звезды превращается в алмазы, в процессе, аналогичном тому, как геологи изучают недра земли во время землетрясений и других подобных природных явлений. Исследования показали, что после многих лет взаимодействия с углеродным ядром около 90% ядерной массы Люси кристаллизовалось в алмаз. Она приняла форму самого большого алмаза, которого попросту нет в этом мире.
Белые карлики – это остатки мёртвых звёзд, и их сверхплотные ядра в основном состоят из углерода и кислорода. В течение миллиардов лет горячее ядро в конце концов остывает, превращая жидкие элементы в твёрдые и превращая большую часть углерода в кристалл под давлением огромной гравитации белого карлика. Этот процесс очень похож на процесс формирования алмазов на Земле.
«Это замечательный конец долгой жизни звезды и поэтический финал масштабного небесного процесса. Очень возможно, что наше собственное солнце может превратиться в массивный природный алмаз через миллиарды лет!» – утверждают американские учёные.
Астрономы говорят, что точно так же наше Солнце израсходует своё ядерное топливо и умрёт через 5 млрд лет, а затем станет белым карликом, как Люси. Затем, примерно через 2 млрд лет после этого, угольное Солнце станет похожим на алмаз.
Откуда они это знают? Астрономы подозревали с 1960-х годов, что внутренности белых карликов будут кристаллизованы.
Во время своих предсмертных бросков ядро звезды, подобной Люси или нашему собственному Солнцу, обнажается и со временем медленно остывает. Такая звезда начинает пульсировать, когда температура поверхности ядра падает примерно до 12.000 ° F. Для сравнения, температура ядра Солнца сейчас составляет около 27.000.000° F (15.000.000° C). Температура его поверхности составляет около 11.000° F (6000° C).
Люси пульсирует, как гигантский гонг. Ее внутренние пульсации чем-то похожи на сейсмические волны внутри Земли. Астрономы измерили пульсации, чтобы выяснить, что углеродная оболочка Люси затвердела (кристаллизовалась).
Люси не видна с Земли невооружённым глазом. Её нужно рассматривать в телескоп, и лучше всего она видна из Южного полушария Земли в марте-июне.
Это открытие – первое в своем роде – «изменило всё»: оказывается, возможно увидеть природные алмазы за пределами Земли.
Люси первая в своём роде, она определенно не единственная.
У каждой звезды, которая висит на небосводе, ярко сияя светом, генерируемым атомным синтезом, однажды закончится топливо для своего костра, и она эволюционирует во что-то новое. Для подавляющего большинства звезд – тех, масса которых примерно в восемь раз меньше массы Солнца, включая Солнце, – это нечто является звездой белого карлика.
Когда топливо закончится, внешний материал звезды будет выброшен в окружающее пространство, а оставшееся ядро, больше не поддерживаемое внешним давлением, создаваемым термоядерным синтезом, схлопнется в сверхплотный объект размером примерно с Землю (или Луну!), но массой в 1,4 Солнца.
Ещё один белый карлик
В июне 2014 г. американская пресса сообщила об открытии ещё одного белого карлика. Примерно в 900 световых годах от нас древний белый карлик PSR J2222-0137 остыл, превратившись в кристаллизованный кусок углерода – алмаз. Но это не просто старый алмаз, скрывающийся в космосе: он размером с Землю, и ему 11 млрд лет. Учитывая его температуру, учёные предполагают, что он может быть старше галактики Млечный Путь!
Звезда-алмаз, описанная в исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal, является одним из самых холодных белых карликов, обнаруженных астрономами. На самом деле, он такой холодный и тусклый, что его даже не видно – его слабый свет недостаточно силён, чтобы пронзить темноту космоса, даже находясь относительно близко.
Учёные сделали вывод о присутствии кристаллизованного карлика, основываясь на том, как его гравитация нарушает обычно устойчивые радиоимпульсы, исходящие от вращающейся звезды-компаньона.
Система становится ещё холоднее. Карлик вращается вокруг пульсара – быстро вращающейся нейтронной звезды, известной под названием PSR J2222-0137. Система похожа на другую, которая была описана в 2011 г., с кристаллизованным белым карликом, вращающимся вокруг пульсара, но этот новый алмаз больше.
Если посмотреть на небо в направлении созвездия Водолея, это было бы примерно правильное направление, чтобы увидеть систему, которая на самом деле представляет собой пару мёртвых звёзд. Это вращающаяся нейтронная звезда – чрезвычайно плотный остаток некогда огромной звезды, закончившей свою жизнь взрывом сверхновой. И белый карлик – это всё, что осталось от некогда солнцеподобной звезды, сжавшейся в комок размером с Землю.
Предоставленные самим себе, карлики будут медленно остывать и выцветать до черноты в течение миллиардов лет (но иногда, с помощью звезды-компаньона, они могут взорваться и создать ослепительные сверхновые, которые затмевают целые галактики). В 2002 г. космический телескоп «Хаббл» заметил целое поле древних белых карликов.
Как бы то ни было, астрономы впервые заметили пульсар в 2007 г. Ещё два года измерений, начавшихся в 2010 г., помогли команде определить расстояние в 267,3 парсека, или около 871 светового года.
Имея на руках эту информацию и благодаря измерениям времени задержки света, идущего к нам на Землю, астрономы теперь могут начать снимать маску с друга пульсара. Они подсчитали, что спутник должен быть примерно в 1,05 раза массивнее Солнца (в пределах как белого карлика, так и нейтронной звезды), и что пульсар немного массивнее – 1,2 Солнца. Но учёные также определили, что пульсар и его спутник находятся на примерно круговой, а не эллиптической (или эксцентричной) орбите. Это наводит на мысль, что система не была поражена чем-то вроде второй сверхновой, образующей нейтронную звезду.
Астрономы рассудили, что на таком измеренном расстоянии такая звезда должна быть видна с Земли. Итак, команда попыталась получить визуальное представление об объекте, используя телескопы в Чили и на Гавайях. Они исследовали регион на нескольких длинах волн, в инфракрасном и видимом диапазоне. И потерпели неудачу.
Проблема была в том, что, как бы они ни старались, учёные просто не могли уговорить карлика открыться. Астрономы пишут, что это возможно только в том случае, если температура карлика превышает 3000 Кельвинов, что делает его одним из самых холодных белых карликов, когда-либо обнаруженных. И единственный способ, которым звезда могла остыть до такой температуры и быть НЕ старше галактики Млечный Путь, – это если бы она уже кристаллизовалась в алмаз.
Каплан говорит, что такие алмазные звёзды, вероятно, разбросаны по всей галактике – просто они слишком холодные и тусклые, чтобы мы могли их увидеть. «Но на такой высоте над миром удивительно красиво представить небо, полное древних сверкающих алмазов», – пишет американская пресса.
И ещё
В июне 2023 г. появилось сообщение о новом открытии. Астрономы обнаружили белый карлик, состоящий в основном из углерода и металлического кислорода, всего в 104 световых годах (32 парсек) от нас. Температурно-массовый профиль предполагает, что центр звезды превращается в плотный, твёрдый «космический алмаз», состоящий из кристаллизованного углерода и кислорода.
Описание открытия подробно дано в публикации в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества» группы астрономов, возглавляемой Александром Веннером из Университета Южного Квинсленда в Австралии.
Алмазный белый карлик был обнаружен в том, что считалось системой из трёх звёзд HD 190412, сообщили ученые, которая образует новую сириусоподобную систему по соседству с Солнцем. Белый карлик получил название HD 190412 C.
«Кристалл» внутри белого карлика может быть алмазом, полагают астрономы, или это может быть более плотная версия углерода.
Материя в звездах белого карлика сильно сжата. Белые карлики тусклые, но они всё ещё излучают остаточное тепло. Со временем они остывают и, как ожидается, эволюционируют в нечто, называемое звёздами-черными карликами, когда потеряют всё свое тепло и превратятся в холодный комок кристаллизованного углерода.
Астрофизики на новом этапе исследований не верят, что какая-либо звезда уже полностью кристаллизовалась в алмаз. Математические расчёты показывают, что этот процесс занимает очень много времени, около квадриллиона лет (это миллион миллиардов лет). (Квадриллион – это тысяча триллионов, а триллион – это тысяча миллиардов.)
Возраст Вселенной всего около 13,8 млрд лет. Поэтому такие звёзды должны были находиться только в начале своих превращений. Исследователи полагают, что в ходе этой новой работы они, возможно, обнаружили звезду на начальных стадиях такого изменения.
Что мы можем сделать, так это определить признаки кристаллизации, начинающейся в ядрах белых карликов, которые мы видим вокруг нас.
Во время кристаллизации атомы углерода и кислорода внутри белого карлика перестают свободно перемещаться и образуют связи, выстраиваясь в кристаллическую решетку. Во время этого процесса выделяется энергия, которая рассеивается в виде тепла.
Это приводит к своего рода плато или замедлению охлаждения звёзд-белых карликов, которое можно наблюдать по цвету и яркости звезды, из-за чего она кажется моложе, чем есть на самом деле.
Чтобы точно измерить яркость звезды, вам нужно с точностью знать, на каком расстоянии она находится, что стало гораздо более возможным в последние годы благодаря высокоточному картографированию звёзд, проведённому миссией Gaia. Это означает, что теперь мы можем идентифицировать кристаллизующиеся белые карлики с гораздо большей уверенностью.
И они обнаружили, что недавно открытая звезда белого карлика была гравитационно связана с тем, что считалось системой из трех звезд, названной HD 190412.
Открытие белого карлика, получившего название HD 190412 C, превратило триплет в квадруплет, но происходило нечто большее. Его свойства предполагают, что он проходит процесс кристаллизации.
Неизвестно, является ли этот кристалл белого карлика алмазом; плотность белых карликов составляет более 1 млн кг на кубический метр, в то время как плотность алмаза составляет около 3500 кг на кубический метр. Существуют более плотные аллотропы углерода; с другой стороны, в космосе плавает множество алмазов.
Три другие звезды в системе позволили команде ученых ограничить возраст белого карлика извне – чего раньше не делалось для известных кристаллизующихся белых карликов.
Возраст системы составляет около 7,3 млрд лет. Возраст белого карлика, по-видимому, составляет около 4,2 млрд лет. Расхождение составляет 3,1 млрд лет, что позволяет предположить, что скорость кристаллизации замедлила скорость охлаждения белого карлика примерно на 1 млрд лет.
Само по себе датирование недостаточно для изменения наших моделей кристаллизации белого карлика, но открытие и его близость к Земле предполагают, что может существовать гораздо больше подобных систем, которые мы можем использовать для сравнения этого увлекательного процесса.
«Мы предполагаем, что обнаружение этой системы всего в 32 парсеках от нас предполагает, что подобных Сириусу систем, содержащих кристаллизующиеся белые карлики, вероятно, множество. Следовательно, будущие открытия могут позволить провести более тщательные испытания моделей кристаллизации белого карлика», – пишут исследователи.
Исследователи рассчитали температуру звезды – около 11.420 градусов по Фаренгейту (6300 градусов Цельсия), – которая помещает её в диапазон кристаллизующегося белого карлика.
«Энигма»
В феврале 2022 г. чрезвычайно крупный и редкий чёрный бриллиант возрастом в миллиард лет, который, как считается, прибыл из космоса, был выставлен на онлайн-аукцион.
Камень весом 555,55 карат, получивший название «Энигма», стал звездой аукциона Sotheby’s, открытого для онлайн-торгов с 3 по 9 февраля 2022 г. «Энигма» впервые была представлена публике в Дубае, Лос-Анджелесе и Лондоне, прежде чем была выставлена на аукцион. В качестве оплаты будет приниматься криптовалюта, сообщили в Sotheby’s, что «отражает тот факт, что она начала оставлять свой след в мире физического искусства и объектов».
В Sotheby’s говорили, что натуральный чёрный алмаз такого размера встречается крайне редко, а происхождение бриллианта «окутано тайной». Считается, что большой камень образовался либо в результате падения метеорита, либо, возможно, образовался из алмазоносного астероида, столкнувшегося с Землей.
Это самый крупный огранённый бриллиант из всех, которые когда-либо выставлялись на аукционах. В 2006 г. он был внесён в «Книгу рекордов Гиннесса» как самый большой в мире огранённый бриллиант.
Его форма вдохновлена ближневосточным символом в форме ладони Хамса – это знак защиты, могущества и крепости. Хамса также ассоциируется с цифрой пять, что символично, поскольку бриллиант не только имеет размер 555,55 карат, но и содержит ровно 55 граней.
Владелец более двух десятилетий бережно хранил этот бриллиант, а сам бриллиант никогда не выставлялся публично и не предлагался на открытом рынке. «Его продажа представляет собой уникальную возможность приобрести одно из самых редких космических чудес, возрастом в миллиард лет, известных человечеству», – говорили работники аукциона.
Сколько лет большинству алмазов?
В первые несколько миллиардов лет истории Земли происходило наибольшее образование алмазов. Это может показаться невероятным, но большинство алмазов старше большинства звёзд на небе. Таким образом, возраст самых старых алмазов превышает три миллиарда лет, а самых молодых – 900 млн лет. У учёных сложилось впечатление, что алмазы формировались на протяжении всей истории Земли.
Профессор Стивен Ричардсон был первым, кто определил возраст алмазов. Первый алмаз, подвергшийся выдержке, был обнаружен не так давно, если быть точным, в начале 1980-х годов.
Сами алмазы невозможно датировать, возраст определяет то, что находится внутри камня. Обычно учёные датируют алмазы по включениям и радиоактивному распаду. Исследуя включения и используя схему радиоактивного датирования, учёные могут получить некоторое представление о том, сколько лет алмазу на самом деле.
Мстислав Князев
Москва
