Типы звёзд, чёрных дыр и галактик
Почти всё здесь — ответ на один вопрос: какой была масса звезды при рождении? Масса решает, насколько горячо она горит, сколько живёт и что оставляет после себя — медленно остывающий уголёк, шар нейтронов размером с город или дыру в пространстве-времени. Тридцать четыре объекта, от холодного облака, из которого рождается звезда, до крупнейшей структуры Вселенной, в настоящем интерактивном 3D.
Чёрные дыры здесь не иллюстрации. Пути света шаг за шагом интегрируются в искривлённом пространстве-времени, поэтому тень, фотонное кольцо, диск, завёрнутый поверх, и кольца Эйнштейна на звёздном фоне возникают из физики, а не из текстуры. Тот же интегратор, со заменённой метрикой или горизонтом, рисует вращающуюся дыру, сливающуюся пару и кротовую нору.
Холодный газ, тёмные облака и диски вокруг молодых звёзд. Всё, что ниже на этой странице, начинается здесь — включая атомы, из которых состоите вы.
Molecular Cloud
The coldest, darkest thing in the galaxy — and where every star comes from.
Emission Nebula
A molecular cloud with the lights switched on, being destroyed by its own children.
Protoplanetary Disk
A solar system caught in the act of assembling itself.
Шары плазмы, стянутые гравитацией и удерживаемые термоядерным синтезом. Всю их судьбу задаёт одно число при рождении — масса.
Main-Sequence Star
A star in the long, stable middle of its life. The Sun is one.
Red Dwarf
The most common star in the galaxy, and the last one still burning.
Red Giant
A dying star, swollen to hundreds of times its old size.
Blue Supergiant
Burns a million times brighter than the Sun, and dies in a few million years.
Wolf-Rayet Star
A star so hot it is blowing its own atmosphere into space.
Brown Dwarf
Too heavy to be a planet, too light to ever be a star.
То, что остаётся, когда топливо кончилось: вещество, сжатое до предела, где его держит только квантовая механика.
Planetary Nebula
A dying star's outer layers, lit from inside by the core it left behind.
White Dwarf
The Sun compressed to the size of Earth, cooling for eternity.
Black Dwarf
The end of a white dwarf. The universe is far too young for one to exist.
Neutron Star
A city-sized object with more mass than the Sun.
Pulsar
A lighthouse spinning up to 700 times a second.
Magnetar
The strongest magnets in the universe, by a factor of a trillion.
Quark Star
A star where even neutrons have been crushed into their parts.
Supernova Remnant
The wreckage of a dead star, still expanding at thousands of km/s.
За определённой массой ни одна известная сила не останавливает коллапс. Остаётся чистая геометрия — односторонняя поверхность в пространстве-времени.
Stellar-Mass Black Hole
A star heavy enough that nothing could stop the fall.
Intermediate-Mass Black Hole
The class that was missing from the census for fifty years.
Supermassive Black Hole
One sits at the heart of nearly every galaxy, including ours.
Spinning Black Hole
Every real black hole is this one. Spin drags spacetime around with it.
Binary Black Hole
Two shadows, each lensing the other, spiralling toward a merger.
Quasar
A feeding black hole outshining every star in its galaxy combined.
Blazar
A quasar that happens to be pointing its jet straight at us.
Primordial Black Hole
Born in the first second of the universe, and possibly still here.
Решения общей теории относительности, для которых не нужно, чтобы умерла звезда. Два из них никогда не наблюдались, а одно, вероятно, не может существовать — именно поэтому на них стоит посмотреть.
Wormhole
Not a hole. A window — with a different universe on the other side.
White Hole
The same equations run backwards: nothing can get in, and it never stops pouring out.
Boson Star
Mass without matter, gravity without a surface, and no shadow at all.
Отойдите достаточно далеко — и отдельные звёзды перестанут иметь значение. Останется лишь то, как они расположены: в дисках, в сферах, в скоплениях и, наконец, в крупнейшем узоре, какой существует.
Spiral Galaxy
Arms that survive because they are a traffic jam, not a structure.
Barred Spiral Galaxy
The Milky Way. A straight bar of stars feeding the centre.
Elliptical Galaxy
The largest galaxies there are, and nothing has been born in them for billions of years.
Irregular Galaxy
No disc, no bulge, no plan — and making stars faster than anything its size.
Globular Cluster
A million stars in a sphere, and older than the galaxy they orbit.
Cosmic Web
Every galaxy in the universe strung along filaments around enormous empty voids.
Всё решает одно число
Жизненный цикл звездыЗвезда не выбирает свой конец. Масса, которой она обладает, закончив сжатие из газового облака, задаёт, насколько горячо она горит, сколько просуществует и по какому из этих пяти путей пойдёт. Всё остальное — цвет, размер, светимость, то, что она оставит после себя, — следует из этого одного числа.
| Объект | Масса | Радиус | Температура | Время жизни |
|---|---|---|---|---|
| Molecular Cloud | 10^3 - 10^7 M(sun) | 15 - 600 light years | 10 - 20 K | ~10 - 30 Myr |
| Emission Nebula | 10^2 - 10^5 M(sun) | 1 - 100 light years | ~10,000 K | ~1 - 5 Myr |
| Protoplanetary Disk | 0.001 - 0.1 M(sun) | 10 - 1,000 AU | 20 - 1,500 K | ~1 - 10 Myr |
| Main-Sequence Star | 0.08 - 150 M(sun) | 0.1 - 15 R(sun) | 2,400 - 50,000 K | 10 Myr - 10 Tyr |
| Red Dwarf | 0.08 - 0.45 M(sun) | 0.1 - 0.6 R(sun) | 2,300 - 3,900 K | up to 10 trillion yr |
| Red Giant | 0.3 - 8 M(sun) | 10 - 1,000 R(sun) | 3,000 - 5,000 K | ~1 billion yr in phase |
| Blue Supergiant | 10 - 100 M(sun) | 20 - 200 R(sun) | 10,000 - 50,000 K | 3 - 30 million yr |
| Wolf-Rayet Star | 10 - 25 M(sun) now | 1 - 25 R(sun) | 30,000 - 210,000 K | a few 100,000 yr |
| Brown Dwarf | 13 - 80 M(Jupiter) | ~1 R(Jupiter) | 250 - 2,500 K | cools forever |
| Planetary Nebula | 0.1 - 1 M(sun) shell | 0.1 - 3 light-years | Core 30,000 - 200,000 K | ~20,000 yr |
| White Dwarf | 0.17 - 1.4 M(sun) | ~1 R(Earth) | 4,000 - 150,000 K | cools for 10^15 yr |
| Black Dwarf | 0.17 - 1.4 M(sun) | ~1 R(Earth) | Background cold | Effectively forever |
| Neutron Star | 1.1 - 2.3 M(sun) | ~11 km | ~600,000 K surface | cools for billions of yr |
| Pulsar | ~1.4 M(sun) | ~11 km | Beamed radio to gamma | spins down over Myr |
| Magnetar | ~1.4 M(sun) | ~11 km | Field 10^14 - 10^15 gauss | active ~10,000 yr |
| Quark Star | 1.5 - 2.5 M(sun) | ~8 - 11 km | 10^6 - 10^11 K | Indefinite |
| Supernova Remnant | 1 - 20 M(sun) ejected | grows to 100+ ly | 10^6 - 10^7 K shock | ~100,000 yr |
| Stellar-Mass Black Hole | 3 - 150 M(sun) | 9 - 450 km horizon | Disk 10^7 K | 10^67 yr to evaporate |
| Spinning Black Hole | Any | Horizon shrinks with spin | Disc to 10^7 K | Spin decays over Gyr |
| Binary Black Hole | 2 x (5 - 100) M(sun) | Separation shrinks to zero | Disc to 10^6 K | Myr to Gyr, then seconds |
| Intermediate-Mass Black Hole | 100 - 100,000 M(sun) | 300 km - 300,000 km | Disk 10^6 K | gigayears |
| Supermassive Black Hole | 10^5 - 10^10 M(sun) | up to 1,300 AU horizon | Disk 10^5 - 10^6 K | 10^100 yr to evaporate |
| Quasar | 10^8 - 10^10 M(sun) | disk ~ light-days | Disk up to 10^5 K | ~10 - 100 Myr active |
| Blazar | 10^8 - 10^10 M(sun) | Jet up to Mpc | Gamma-ray dominated | Flares in hours |
| Primordial Black Hole | 10^-8 - 10^5 M(sun) | atom to kilometres | Hawking glow | set by mass |
| Wormhole | Negative (exotic) | Throat radius, free parameter | None | Unstable without exotic matter |
| White Hole | Any | Same as a black hole | Surface emission, unbounded | Violently unstable |
| Boson Star | Set by particle mass | Compact, no surface | None | Stable if below critical mass |
| Globular Cluster | 10^4 - 10^6 M(sun) | 30 - 300 light years | Stars 3,000 - 8,000 K | > 12 Gyr |
| Irregular Galaxy | 10^8 - 10^10 M(sun) | 3,000 - 30,000 ly | Stars 3,000 - 40,000 K | > 10 Gyr |
| Spiral Galaxy | 10^10 - 10^12 M(sun) | 15,000 - 150,000 ly | Stars 3,000 - 40,000 K | > 10 Gyr |
| Barred Spiral Galaxy | 10^10 - 10^12 M(sun) | 15,000 - 150,000 ly | Stars 3,000 - 40,000 K | > 10 Gyr |
| Elliptical Galaxy | 10^8 - 10^13 M(sun) | 3,000 - 700,000 ly | Stars 3,000 - 6,000 K | > 10 Gyr |
| Cosmic Web | ~10^53 kg observable | Filaments 10^8 ly | Voids near 0 K | Age of the universe |
Какие бывают типы звёзд?
Звёзды классифицируют по температуре в спектральной последовательности O, B, A, F, G, K и M, а по размеру — на карлики, гиганты и сверхгиганты. На практике удобные семейства: красные карлики, солнцеподобные звёзды главной последовательности, красные гиганты, голубые сверхгиганты и субзвёздные коричневые карлики, так и не зажёгшие водород.
Какие бывают типы чёрных дыр?
По массе выделяют четыре класса: звёздные чёрные дыры в 3–150 солнечных масс, образующиеся при коллапсе звезды; чёрные дыры промежуточной массы (100–100 000); сверхмассивные в центрах галактик; и гипотетические первичные, возникшие в первую секунду после Большого взрыва.
Чем нейтронная звезда отличается от чёрной дыры?
Оба объекта — сколлапсировавшие ядра звёзд, но у нейтронной звезды ещё есть поверхность: давление вырожденных нейтронов и сильное взаимодействие удерживают её при диаметре около 22 км. Выше примерно 2,3 солнечной массы гравитации ничто не противостоит, коллапс уходит за горизонт событий и возникает чёрная дыра.
Что происходит со звездой, когда она умирает?
Всё решает масса. Звёзды примерно до 8 солнечных масс раздуваются в красные гиганты, сбрасывают внешние слои и оставляют белый карлик. Более массивные взрываются как сверхновые и оставляют нейтронную звезду либо чёрную дыру, если коллапсирующее ядро тяжелее примерно 2,3 солнечной массы.
Насколько эти 3D-модели физически точны?
Они построены на физике, а не нарисованы. Сцены с чёрными дырами интегрируют пути света в пространстве-времени Шварцшильда, поэтому тень, фотонное кольцо, линзированный аккреционный диск, релятивистское усиление и кольца Эйнштейна вычисляются. Звёзды используют цвет по температуре, потемнение к краю диска и конвективную грануляцию. Размеры подобраны для наглядности, а не в масштабе.