Эти колонны газа - один из самых узнаваемых образов космоса. А ведь среди туманностей можно встретить и не такие впечатляющие формы. Но хотя сами гигантские образования давно уничтожены, астрономов продолжает волновать вопрос - как они возникли? Ответ на него имеет прямое отношение к процессам рождения звезд, а значит, опосредованно и к нам с вами.

Казалось бы, что может быть скучнее большущих скоплений холодного газа (преимущественно водорода) и пыли? Разве что необычная форма. Таковы Столпы творения. Они мало пропускают видимый свет и потому контрастно выделяются на фоне горячего плазменного пузыря, расположенного позади. Протянулись эти колонны материи на несколько световых лет.

Можно предположить, что такая специфическая форма этих образований - шутка природы, то есть совершенно случайная вещь. Но это не так. Ученые выяснили, что рождение Столпов -процесс очень даже закономерный. Тонкие детали этого величественного «столпотворения» начали раскрываться перед исследователями только сейчас, а потому нацелим наши звездолеты на созвездие Змеи, где на расстоянии 7 тысяч световых лет от нас и происходят описываемые события.

Как бы ни поражали Столпы творения воображение зрителей, они являются лишь малой частью туманности Орла (Eagle Nebula), раскинувшейся примерно на 70 световых лет. Туманность Орла - это не только собственно туманность (эмиссионная), но и молодое рассеянное звездное скопление, члены которого были рождены тут.

Процессы звездообразования идут в туманности и сейчас (потому собственно - «Столпы творения»). И знаменитые на весь мир «колонны» газа - только одно из потенциальных мест, где еще могут появляться новые звезды (вернее, где они, вероятно, появлялись до недавнего времени, но об этом - ниже). Однако пик рождения светил в туманности Орла в целом прошел уже миллион лет назад. И первые молодые и горячие солнца своим излучением успели разогнать газ в центре.

Там возникла типичная область Н II, регион ионизированного водорода. А вот края обширного холодного облака, давшего начало всему этому великолепию, ныне под действием ударных волн в газе отступают наружу. И отступают очень неравномерно. Столпы -одна из таких ярких неравномерностей.

Как она была рождена? До сих пор астрофизики лишь высказывали чисто умозрительные соображения. Но вот Эндрю Лим (Andrew Lim) и его коллеги из Дублинского института передовых исследований (Dublin Institute for Advanced Studies) провели масштабное численное моделирование, приоткрывшее завесу тайны Столпов.

Для начала разберемся почему газ отступает от молодых голубовато-белых звезд. Причина в мощном потоке ультрафиолета, который эти звезды обрушивают на свою родную туманность изнутри. Ультрафиолет этот не просто создает световое давление (что очевидно), он еще ионизирует и «испаряет» немалую толику водорода с освещенной стороны облака (явление фотоионизации). Эти частицы с высокой скоростью покидают его и создают реактивную силу (в соответствии с третьим законом Ньютона), которая отбрасывает оставшийся газ. 

Локальные неустойчивости в газовом облаке приводят к тому, что граница расширяющейся туманности становится очень извилистой. Но тут, впрочем, до появления именно Столпов-далеко.

Лим и его товарищи решили выяснить, что будет, если в исходном газовом облаке имелись некие неравномерности - небольшие участки большей, чем в среднем, плотности. Поскольку такой «комок» имеет большую массу, реактивная сила от фотоионизации будет сдвигать его с места медленнее, чем «сдувать» окружающий газ. Пока все логично. Но тут возникает вопрос: «А что заставит этот сгусток вытягиваться в длинную колонну?» Компьютер показал, что в одиночку такое скопление не может сформировать Столп за сколь-нибудь приемлемое время.

Оказалось, «процесс столпотворения» начинается, когда несколько таких газовых шариков оказываются неподалеку друг от друга, причем формируют замысловатую комбинацию, в которой одни скопления газа и пыли частично экранируют от светового потока ближней звезды другие такие же скопления.

В частично освещенном сгустке фотоионизация порождает асимметричные силы, стремящиеся подтолкнуть газ в сторону тени. Увеличивающаяся плотность зарождающегося столба формирует еще более плотную тень, в которую все тот же свет начинает заталкивать все больше и больше материи со стороны. И происходит это на фоне все ускоряющегося «вымывания» водорода (и других веществ) из участков, попадающих под прямые удары ультрафиолета.

В такой манере Столпы творения не столько сами «вырастают из», сколько оказываются «вырезанными» из первоначальной массы газа, словно одиноко стоящие скалы под действием ветра и воды.

Чтобы найти заветную комбинацию, порождающую Столпы, авторы новой работы заставили компьютер перебрать множество случайных вариантов в числе и расположении газовых сгустков.

Так они выяснили, что как только в том или ином месте туманности складывается благоприятная ситуация - то есть несколько «узлов» водорода оказываются на правильном расстоянии друг от друга при наличии обширного пространства менее плотного газа вокруг, куда хорошо проникало бы излучение, - колонны начинают формироваться неизбежно. При этом на их создание уходит около 150 тысяч лет, а прожить они могут порядка 100 тысяч лет, - «говорит» компьютерная модель.

И цифры эти хорошо согласуются с тем, что астрономы знают про туманность Орла и ее Столпы творения.
Любопытно, что для начала ученые проверили свои идеи на двухмерной модели газа. А когда в ней стали вырастать величественные темные колонны - составили и трехмерную модель процесса. Она подтвердила все выводы более простой версии программы. Одновременно стали видны некоторые секреты эволюции Столпов. Так, стало отчетливо ясно, что один плотный «ком» материала ничего не может без содействия пары соседних меньшего размера, которые на его основе ваяют будущий гигантский Столп. 

В таком Столпе плотность газа может постепенно повыситься настолько, что там возникнут очаги формирования звезд. Потому в последующих компьютерных моделях авторы работы намерены ввести и магнитные поля, и гравитацию. Пока виртуальные Столпы не слишком плотные, и тот и другой фактор влияют на их рост слабо, - объясняют ученые. Поэтому в первых численных экспериментах достаточно было учитывать только фотоионизацию и газовую динамику.

И все равно приятно, что даже упрощенные модели дали результаты, сходные с тем, что мы видим на небе, - по плотности и размерам Столпы из компьютера были похожи на Столпы творения в туманности Орла. Значит, Лим и его коллеги находятся на верном пути.

Увы, самим Столпам (оригинальным) уже не светит возможность продолжить уплотнение и создание звезд внутри. Как недавно установили астрономы, примерно шесть тысяч лет назад (в реальном времени) Столпы творения были уничтожены близким взрывом сверхновой звезды, который смел все эти газовые нагромождения. Но поскольку расстояние от нас до места событий - 7 тысяч световых лет, мы еще тысячелетие сможем наблюдать облик Столпов в нетронутом виде.

Однако ничто не мешает звездам формироваться в других похожих областях.
В целом же выявленный процесс двояко влияет на способность больших и плотных туманностей порождать звезды. С одной стороны, в Столпах и других сходных структурах идет уплотнение водорода и ряда других элементов, способное привести к коллапсу части облака и возникновению звезды или нескольких звезд. С другой, те звезды, которые родились в той же самой туманности раньше, интенсивно разгоняют оставшуюся материю прочь, так что в конце концов плотные завесы газа исчезают бесследно, а на месте остается лишь «чистое» звездное скопление типа Плеяд. 

Туманность Орла с «дыркой» Н II внутри находится где-то между двумя этими крайними состояниями и тем интересна.
Из-за выдувания газа излучением первых звезд, сформированных в данной колыбели, лишь 10% газа, первоначально собранного в подобном гигантском облаке, идет на рождение светил, остальной водород -рассеивается в пространстве. 

Можно только пофантазировать на тему - есть ли у звезд в таких скоплениях планетные семьи и успевает ли там зародиться жизнь, прежде чем какой-нибудь взрыв близкой сверхновой стерилизует миры. А ведь самые крупные из солнц, возникших в туманности, сходной с туманностью Орла, проживают свою короткую жизнь и взрываются еще до того, как в других частях облака завершатся процессы рождения других светил. Феерический круговорот.