11. Колыбель, которая сгорает

Зимним вечером из любого двора, где не слепят фонари, можно найти Орион: три звезды пояса в ряд, а под ними короткая цепочка, меч. Средняя точка меча выглядит размытой, и глаза тут ни при чём. Это туманность Ориона, пузырь светящегося газа, который выдули несколько горячих звёзд, по звёздным меркам только что родившихся. Их родителя глазом не увидеть. За светящимся пузырём лежит огромное тёмное облако, холоднее Плутона и разреженнее лабораторного вакуума, а светится лишь выжженный молодыми звёздами край облака, обращённый к нам.

Собрано облако из атомов и простых молекул. Больше всего там молекулярного водорода, двух атомов, сцепленных в пару. Около четверти массы даёт гелий, горсть приходится на пыль, и щепоть на всё остальное: угарный газ, воду, спирты, длинные цепочки углерода. Температура около минус двухсот шестидесяти градусов, в двух шагах от абсолютного нуля. А тесноты никакой: столько молекул, сколько в напёрстке воздуха, облако набирает в кубе со стороной больше полукилометра. Облаком его можно назвать только по сравнению с пустотой вокруг.

Электричество и ядерные силы решали в этой книге всё, а тяжесть почти не подавала голоса: два протона отталкиваются электрически сильнее, чем притягиваются тяжестью, в триллион триллионов триллионов раз. Но у электричества два знака, и в нейтральном газе плюсы и минусы уравновешивают друг друга. У тяжести знак один. Она ничем не гасится, только складывается, молекула к молекуле. Одна молекула не притянет заметно даже соседку. Облако массой в сотни тысяч Солнц стягивает само себя.

Против тяжести работает давление: тепловая толкотня молекул распирает газ наружу. Английский физик Джеймс Джинс в 1902 году показал, что у этого спора есть порог. Толкотня зависит от того, насколько газ тёплый и плотный, но не от размера куска, а вес, которым кусок давит сам на себя, растёт вместе с куском. Поэтому небольшой кусок держится, как держит форму невысокий песочный замок, а большой оседает под собственным весом и начинает падать сам в себя. Порог Джинса — упрощение, он не учитывает ни вращения, ни магнитного поля, ни вихрей в газе, но главную мысль схватывает верно. Облако дробится на плотные ядра, и каждое, перешагнув свой порог, падает внутрь.

При сжатии газ должен нагреваться, как воздух в велосипедном насосе, а горячий газ давит сильнее и останавливает сжатие. Облако обходит эту ловушку благодаря квантовым правилам из прошлой части. Молекула угарного газа может вращаться только с определёнными скоростями, как лифт, который останавливается лишь на этажах. Столкнувшись с соседкой, она поднимается на этаж выше и забирает у толкотни немного тепла, а спускаясь обратно, выпускает его порцией излучения. Это излучение, как и инфракрасное свечение пылинок, рано или поздно выбирается из облака и уносит тепло с собой. Получается насос, который остужают быстрее, чем качают: давишь, а он не греется. Поэтому давление не успевает догнать тяжесть.

Тот же угарный газ помог облака увидеть. Молекула водорода симметрична, и холодные толчки не могут раскрутить её до этажа, с которого она засветилась бы, поэтому облака долго оставались просто тёмными провалами на фоне звёзд. В 1970 году Роберт Уилсон и Арно Пензиас, пятью годами раньше случайно поймавшие радиошум, оставшийся от Большого взрыва, вместе с Китом Джефферцем навели радиотелескоп в горах Аризоны на туманность Ориона и нашли яркую линию угарного газа. Сигнал шёл из тёмного облака за ней. Угарного газа там одна молекула на десять тысяч молекул водорода. Облако оказалось ночным шествием, где фонарик несёт лишь каждый десятитысячный, и карты облаков с тех пор — в основном карты фонариков.

Первого апреля 1995 года Джефф Хестер и Пол Скоуэн сняли на «Хаббле» туманность Орёл. На снимке, который назвали «Столпами творения», стоят тёмные колонны холодного газа, самая высокая длиной в несколько световых лет, примерно как путь от Солнца до ближайшей звезды. Ультрафиолет соседних горячих звёзд сдирает с них вещество и превращает в плазму. На поверхности колонн Хестер насчитал больше семидесяти плотных сгустков, возможных колыбелей звёзд. Позже выяснилось, что звезда зародилась лишь примерно в каждом седьмом: остальные свет испаряет раньше, чем в них что-то заведётся. В 2022 году космический телескоп «Джеймс Уэбб» снял те же колонны в инфракрасном свете, для которого пыль прозрачнее, и по их краям проступили точки новорождённых звёзд.

Облако губит себя, едва начав рожать звёзды. Свет, ветер и взрывы первых массивных звёзд разметают остальной газ, и в звёзды успевают превратиться лишь несколько процентов. Почему так мало, спорят до сих пор: одни отдают главную роль вихрям в газе, другие магнитному полю, третьи тому самому удару молодых звёзд по колыбели. Холодное облако вообще редкость, льдинка в горячем супе из плазмы. Самые первые звёзды обошлись вовсе без таких льдинок и родились из газа без пыли, собравшегося в сгустках тёмной материи, невидимого вещества, которое выдаёт себя только тяжестью. Облака — колыбель второго поколения звёзд и всех следующих, включая Солнце.

От облака тянутся четыре ветви. Одно плотное ядро, сжавшись, становится звездой, а нередко и парой звёзд. Облако, дробясь, рожает звёзды гнёздами, сотнями и тысячами за раз, и из таких гнёзд вырастают звёздные скопления. Пыль, уцелевшая при родах, уходит в диск вокруг молодой звезды и слипается в камни, так что будущие планеты — крошки облака. А сами облака — газовый запас галактики, на котором держится вся её звёздная жизнь, хотя каркас галактик собрала тёмная материя ещё до всяких облаков.

Самая прямая ветвь начинается с одного плотного ядра. Оно падает внутрь себя, тепло уходит, давление отстаёт, и падение только ускоряется. Так продолжается, пока газ в середине не загустеет настолько, что тепло больше не сможет выбраться наружу.