Молекулярные облака, или как их ещё называют, «тёмные туманности», а также «колыбельные звёзд» – это скопления нейтральных молекул газа, по большей части – молекулярного водорода H2. Их отличают от других областей межзвёздной материи, в которых обычно содержится ионизированная плазма. Молекулярный водород практически не взаимодействует со светом, и для обнаружения таких облаков обычно полагаются на оксид углерода СО.

Благодаря высокой плотности и малой температуре молекулярных облаков именно в них происходит звездообразование. Когда материя начинает скапливаться в больших объёмах под действием силы тяготения, гравитации необходимо преодолевать идущее наружу излучение разогревающейся материи. Если материя изначально разогрета, баланс сил наступит слишком быстро. В процессе активного звездообразования и периодических взрывов сверхновых их излучение постепенно ионизирует материю облаков.

В нашей Галактике молекулярные облака занимают меньше 1% от всего объёма межзвёздной среды, но при этом являются самыми плотными скоплениями межзвёздной материи. Внутри галактической орбиты Солнца молекулярные облака составляют половину всей массы этой материи.

Молекулярные облака, масса которых составляет 10000 солнечных и более, называют гигантскими молекулярными облаками. Их диаметр составляет от 15 до 600 световых лет, масса – от 10 тысяч до 10 миллионов солнечных. Если средняя плотность межзвёздной среды вблизи Солнца составляет 1 частицу на кубический сантиметр, то плотность гигантских молекулярных облаков 100-1000 раз больше. Небольшие газопылевые облака с массой менее чем в несколько сотен солнечных, называют глобулами.

Барнард 68 (англ. Barnard 68) – молекулярное облако, тёмная туманность или глобула Бока в созвездии Змееносца. Американский астроном Эдвард Эмерсон Барнард добавил этот объект в свой каталог тёмных туманностей в 1919 году. Каталог был опубликован в 1927 году, в тот момент он содержал 350 объектов. Поскольку туманность непрозрачная, то внутренняя её часть очень холодная, температура составляет около 16 K (−257 град.C). Масса туманности примерно вдвое превышает массу Солнца, размер оценивается в половину светового года.

Несмотря на непрозрачность в видимом диапазоне, при помощи VLT в Серро-Параналь было обнаружено около 3700 звёзд, чей свет перекрывался туманностью, около 1000 из которых наблюдались в инфракрасном диапазоне. Точные измерения степени поглощения света туманностью позволили получить подробную карту распределения пыли в облаке. Наблюдения на телескопе космической обсерватории Гершель помогли установить распределение пылевой компоненты и её температуры.

Если газовое облако не разрушается внешними силами, то устойчивость облака обеспечивается точным балансом давления вследствие тепловых свойств облака и сил притяжения, создаваемых частицами. В результате облако колеблется около состояния равновесия подобно шарику с жидкостью, по которому щёлкнули. Для того, чтобы из облака сформировалась звезда, нужно, чтобы гравитация превышала силу газового давления длительное время, при этом будет возможен коллапс облака и достижение необходимых температуры и давления для термоядерного синтеза. На такой стадии существенно меньший размер оболочки звезды свидетельствует о новом равновесии между увеличившейся силой притяжения и воздействием давления излучения.

Барнард 68 обладает чётко различимыми краями, другие особенности также указывают на возможное начало коллапса, а спустя примерно 200 тысяч лет возможно формирование звезды.

Астроном Чарльз Лада (Charles Lada) и его коллеги из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) с помощью 30-метрового радиотелескопа IRAM в Испании (Пико Велета, высота над уровнем моря 2850 м) обнаружили необычное явление – пульсации темного молекулярного облака, известного как Барнард 68 (Barnard 68). Пока что это единственное известное молекулярное облако, которое таким образом пульсирует.

Барнард 68 находится от нас на расстоянии 300 световых лет (ранее назывались цифры в 400 – 500 световых лет) в созвездии Змееносца. Это самый ближайший и едва ли не самый известный объект такого рода – темное молекулярное облако или темная туманность, относящаяся к классу так называемых глобул Бока (Bok Globules). Эти плотные, холодные облака пыли и газа кажутся черными на фотографиях, потому что пыль блокирует видимый свет от фоновых звезд.

В поперечнике Барнард 68 составляет приблизительно 12 тыс астрономических единиц (а.е. – среднее расстояние между Землей и Солнцем). Если бы наше Солнце было помещено в центр Барнарда 68, облако простиралось бы в 300 раз дальше, чем орбита Плутона. Обитателям Солнечной системы их мир казался бы единственным на свете, потому что толстая пыль облака скрыла бы свет от окружающих звезд и галактик, которые заполняют космос. Наше ночное небо было бы черно, как уголь, на нем появлялись бы только редкие точки света от планет, а мысль о множестве других обитаемых миров могла бы родиться только с появлением радио- и инфракрасной астрономии.

Молекулярные облака – колыбель звезд. Молодые звезды формируются из сжимающихся молекулярных облаков. Барнард 68, однако, представляет собой устойчивое облако, не содержащее никаких новорожденных звезд, хотя вещества Барнарда 68 хватило бы, чтобы слепить полторы-две такие звезды, как Солнце. Облако имеет температуру всего лишь 10 градусов выше абсолютного нуля (минус 263 по Цельсию). Это один из самых холодных объектов во Вселенной (хотя далеко не самый холодный; туманность Бумеранг из созвездия Центавра – больше, впрочем, похожая на галстук-бабочку – имеет температуру минус 272 градуса Цельсия, т.е. это всего лишь на 1 градус выше абсолютного нуля). В соответствии с таким холодом, оно и пульсирует очень медленно, значительно медленней впавшей в спячку ящерицы: один "удар" – раз в 250 тыс лет... По крайней мере, других объяснений происходящего с этим черным облаком у исследователей не нашлось.

Пульсации описываются соответствующими "модами". Каждая мода пульсации – по существу звуковая волна с характерной амплитудой и частотой. Удивительно, но астрофизики прослеживают в этом случае аналогии с пульсациями Солнца. Существует целая ветвь астрономии, названная "гелиосейсмологией", посвященная изучению солнечных колебаний – для получения информации о звездных недрах. Правда, Солнце демонстрирует тысячи мод пульсаций, в то время как Барнард 68, по-видимому, – всего лишь единицы; несравнимы и периоды таких пульсаций.

Что за сила заставила Барнард 68 этак "колыхаться"? Возможно, ударная волна от взрывающейся звезды "шлепнула" это молекулярное облако в относительно недавнем прошлом. Реактивная струя от новой звезды легко могла обеспечить импульс, который послужил первопричиной этих пульсаций. Эта гипотеза поддерживается другими наблюдениями, показывающими, что Барнард 68 расположен в горячем "пузыре" в межзвездной среде – в разреженной зоне, расчищенной сверхновой. Ударная волна от этой сверхновой, возможно, была столь мощной, что сорвала внешние слои Барнарда 68, оставив только "звонящее" ядро от прежде гораздо более массивного облака.

Лада теперь планирует исследовать несколько других молекулярных облаков, которые расположены достаточно близко от нас, чтобы можно было провести наблюдения с высоким разрешением и обнаружить признаки подобных пульсаций.

Молекулярное облако Барнард 68 массой в 1–3 солнечных, находящееся в 300–500 световых годах от Земли, имеет в диаметре около половины светового года. Долгое время астрономы спорили о том, что перед ними – предвестник образования звезды или результат провала такого формирования.

Новые наблюдения, предпринятые Маркусом Нильбоком из Института астрономии Общества Макса Планка (Германия), показывают, что на деле это могут быть два облака, столкновение которых, очень может быть, когда-нибудь породит звезду.

Детальный анализ данных космического телескопа «Гершель» выявил, что температура различных частей облака резко различается, колеблясь от 16,7 К на периферии до 8,2 К в центре. Самое интригующее: в юго-восточной части обнаружено уплотнение, скорость которого значительно отличается от скорости движения самого облака. Более тщательный разбор скоростей отдельных регионов привёл астрономов к выводу, что всё облако Барнард 68 является группой глобул Бока, различающихся как пространственным взаимоположением, так и скоростью.

В прошлом, по мнению исследователей, что-то нарушило структуру группы глобул, заставив их двигаться навстречу друг другу. Основных глобул было две, причём та, что сейчас перемещается к центру из юго-восточного сектора, фактически спровоцировала уплотнение материала нынешнего единого молекулярного облака.

В будущем столкновение центральной и периферийной частей глобулы приведёт к коллапсу вещества, отмечают астрономы. А автор предыдущего исследования по Барнарду 68 Андреас Букерт ещё более категоричен: то, что удар периферийного облака придётся не в центр, а немного в сторону от него (как обнаружила группа г-на Нильбока), означает практически неизбежное закручивание части вещества молекулярного облака и образование у рождающейся из гравитационного коллапса молодой звезды внушительных размеров протопланетного облака.

При тщательном изучении в различных диапазонах оказалось, что облако неоднородно как температурно, так и по плотности.

Г-н Букерт полагает, что сходные процессы сопровождают формирование любой планетарной системы, а потому, благодаря относительно близости Барнарда 68, наблюдения за ним имеют особую ценность. «Я не знаю какого-либо другого объекта, столь же близкого и столь же хорошо изученного, где бы мы могли так [хорошо] понять, как формируется звезда», – заключает учёный.

Любая глобула поражает наблюдателя, впервые увидевшего эту темную дыру, зияющую на звездной парче небесного свода. Эти небесные тела темны не внешне – они хранят множество тайн и загадок. Так, астрофизики считают, что там может происходить рождение новых светил. И две ближайшие к нам глобулы, похоже, уже в ближайшее время смогут зажечь звезду.

Астрономы называют глобулами газо-пылевые туманности, так необычно темнеющие на фоне далеких светлых туманностей или звезд. Их вид говорит нам также и о том, что они довольно близки к нам в космическом смысле – нет между нами ни звезд, ни светящихся туманностей.

В самом начале XX века Эдвард Эмерсон Барнард, американский астроном, объединил в каталог 349 темных туманностей, среди которых большинство являются глобулами. Типичный пример – молекулярное облако Барнард 68, массой в одну-три солнечных. Оно образовалось всего в 300-500 световых годах от Солнца, а линейный размер глобулы Барнард 68 – всего около половины светового года. Что же представляет собой глобула: дозвездное состояние материи или результат невозможности сформироваться звездам?

Глядя на созвездие Змееносца и видя угольно-черную дыру молекулярного облака Барнард 68, мы понимаем, что между нами звезд нет, а звезды фона хорошо закрывает непрозрачная для света материя глобулы. Она поглощает весь падающий на нее свет, не пропуская и не отражая его. Полагают, что внутренность этих темных молекулярных облаков может иметь пониженную температуру. Их эволюционные процессы представляют собой загадку, поскольку наблюдения молекулярных облаков начаты только в ХХ веке.

Но также вполне возможно, что именно глобулы могут являться весьма вероятными местами для формирования новых звезд во Вселенной. В молекулярных облаках глобул имеется высокая концентрация пылевых частиц и молекулярного газа, потому в них целиком и полностью поглощается весь видимый свет, приходящий извне, испускаемый окружающими глобулу звездами. Временные процессы звездообразования длятся миллиарды лет, как и протекающие одновременно с формированием центрального тела звезды, идущие своим путем процессы образования планет и их спутников.

Астроном Букерт предполагает, что благодаря относительной близости объекта Барнард 68 к Земле наблюдения за ним имеют особую ценность. Возможно, что этот близкий и хорошо изученный образец глобулы поможет уяснить, как формируется звезда из молекулярно-пылевого облака. Тем более, что известна очень неоднородная структура глобулы Барнард 68. А новые наблюдения, предпринятые Маркусом Нильбоком из Института астрономии Общества Макса Планка (Германия), выявили наличие двух облаков, столкновение которых может в будущем способствовать появлению звезды.

Детальный анализ данных космического телескопа "Гершель" показал, что температура различных частей облака резко изменяется, уменьшаясь от 16,7 К на периферии до 8,2 К в центре облака. Самым интригующим, однако, является обнаруженное в юго-восточной части облака уплотнение, скорость которого значительно отличается от скорости движения самого облака. Более тщательный разбор скоростей отдельных регионов привел астрономов к выводу, что все облако Барнард 68 является группой глобул Бока, более мелкомасштабных образований, различающихся как пространственным взаимоположением, так и скоростью в пространстве облака.

В прошлом, по-видимому, возникло возмущение, нарушившее структуру группы глобул, и они стали двигаться навстречу друг другу. Основных облаков было два, одно из них сейчас перемещается к центру из юго-восточного сектора. Скорее всего, именно оно спровоцировало уплотнение материала нынешнего единого молекулярного облака.

В будущем потенциально ожидаемое столкновение центральной и периферийной частей глобулы приведет к коллапсу вещества, предполагают исследователи облака Барнард 68. Автор первоначального исследования по Барнарду 68 Андреас Букерт говорит о том, что удар периферийного облака придется не в центр, а немного в сторону от него (как обнаружила группа г-на Нильбока).

Это означает практически неизбежное закручивание части вещества молекулярного облака по типу водоворота. При этом вероятно возникновение протопланетного облака внушительных размеров вокруг рождающейся из гравитационного коллапса молодой звезды.