В 2010 году астрономы открыли четыре звезды монструозного размера, самая крупная из которых имела массу в триста солнечных. Несмотря на фантастическую яркость, эти экзотические объекты, находящиеся в крупном звездном скоплении R136 нашей галактики-соседа Большого магелланова облака, нигде более не были обнаружены. Однако если бы они существовали где-то еще, то с такой яркостью точно привлекли бы внимание астрономов, вышедших на охоту. Одну из гипотез, объясняющих феноменальные размеры и редкость этих звезд предлагают сотрудники Университета Бонна. По их предположению, эти сверхмассивные звезды образовались в результате слияния меньших светил, бывших частями очень близких двойных систем.

Большое магелланово облако находится на расстоянии 160000 световых лет от нас. Это третий в дальности спутник Млечного пути, который является домой примерно для 10 миллиардов звезд. В галактике находится множество регионов активного звездообразования, крупнейший из которых – туманность Тарантул, имеющая размер в тысячу световых лет. Именно в ней были найдены четыре звезды-переростка. Область неба, в которой они располагаются, особенно выделяется своим звездообразованием даже на фоне туманности и носит название 30 Рыбы. Наконец, недалеко от центра этой области находится звездное скопление R136, самая яркая область звездообразования во всей ближней группе, включающей до полусотни галактик.

До открытия четверки гигантских звезд в 2010 году наблюдения Млечного пути и других галактик указывали на то, что массы звезд, образовавшихся во Вселенной не на стадии ее молодости, должны быть ограничены 150 солнечными массами. Этот предел имел универсальный характер и отлично подходил к любой галактике. «Не только верхний предел массы, но даже общая масса каждого нового собрания родившихся звезд кажется идентичным для любых мест звездообразования, – говорит один из авторов исследования Павел Кроупа, сотрудник Университета. – Процесс рождения звезды, похоже, универсален».

Четыре сверхяркие звезды скопления R136 представляют собой, таким образом, довольно значительное отступление от правила. Значит ли это, что звездообразование в области 30 Рыбы происходит не так, как в остальной известной человеку Вселенной? Если так, то под ударом оказывается универсальность процесса звездообразования, один из китов, на которых стоит современная астрономия. Их, правда, не три, так что исчезновение одного не обрушит всю конструкцию, но определенно пустит по ней трещину. Для изучения этого вопроса группа астрономов провела исследование взаимодействия звезд в модели звездного скопления, аналогичной R136. Компьютерная модель составила скопление из единичных звезд, добавляя их по одной, чтобы сымитировать даже процесс образования скопления. В конце концов было добавлено более 170000 звезд, все – в обычном диапазоне масс и распределены по своим свойствам так, как предсказывают современные модели, в том числе поставленные под вопрос четырьмя звездами.

Для вычисления изменения этой системы во времени на каждом шаге расчетов приходилось решать полмиллиона уравнений. При этом учитывались ядерные процессы внутри звезд, что позволяло получить информацию о вырабатываемой энергии, и столкновения светил, частые явления в таких густонаселенных районах. Такие расчеты – прямое моделирование взаимодействия множества звезд – позволяет наиболее точно описать происходящее с ними. Однако отсутствие упрощающих предположений усложняет жизнь машинам, которые должны все рассчитать за человека. В описываемых расчетах использовалась программа «NBODY6», разработанная в Института астрономии Кембриджа, и кластер из видеокарт. Это позволило произвести расчет практически подручными средствами, без обращения к мощностям суперкомпьютеров. «Со всеми этими ингредиентами, наша модель скопления R136 – самая сложная и трудоемкая серди всех попыток моделирования поведения множества звезд», – считает Кроупа.

По результатам моделирования сразу удалось сорвать покров тайны со сверхмассивных звезд. Такие гиганты начали появляться в моделируемом скоплении довольно рано. Из-за большого количества массивных звезд, являющихся частями двойных систем, причем с минимальными расстояниями между их составляющими, столкновения звезд оказались частым явлением. Значительную их часть составили смешения двух звезд пары в одну. Такие объединившиеся звезды с легкостью преодолевали теоретический предел.

Столкновения звезд, составляющих двойные системы, вызывается в таких условиях сторонними звездами. Из-за большой плотности, гравитационное воздействие их довольно велико, так как они часто проходят близко. В результате орбиты звезд в двойной системе меняются, увеличивая (или уменьшая) шанс их столкновения. Понятно, что такой процесс, требующий не столкновения двух не связанных звезд, а только близкого прохода, намного вероятнее. «Это помогает нам расслабиться, – говорит Кроупа. – Столкновения говорят о том, что сверхмассивные звезд объяснить намного проще, чем мы думали. Универсальность звездообразования все же сохраняется».