Старение звезды в чем-то сродни человеческому. Человек может находиться в отличной форме в девяносто лет, а может одряхлеть в пятьдесят. Безусловно, возраст играет важнейшую роль, но образ жизни и врожденное здоровье человека здесь не менее важны. Примерно также обстоит дело с шаровыми звездными скоплениями, которые наблюдались с помощью 2.2-метрового телескопа Европейской южной обсерватории, Хаббла, Субару и Канадско-Франко-Гавайским телескопа. При этом всего было изучено 21 скопление, из них на долю каждого указанного телескопа пришлось соответственно 12, 20, 1 и 8 штук. Как видно из этого распределения, Хаббл использовался для наблюдения почти каждого скопления. Это вызвано тем, что ему доступно очень высокое разрешение и качество изображения, ведь он находится в космосе. Поэтому Хаббл оказался незаменим при детальном изучении центральных, густонаселенных областей скоплений, где звезды сияют почти единым светом. Наземные же телескопы, неспособные добиться такого же разрешения, намного лучше справляются с задачами получения широкоугольных снимков, за счет чего можно исследовать внешние области скоплений, где звезд меньше.

Относительно шаровых скоплений есть одна особенность – среди них нет молодых представителей. Все такие скопления образовались очень давно, примерно 12-13 миллиардов лет. Фактически, в шаровые скопления попадали представители первых поколений звезд, зажегшихся после Большого взрыва во Вселенной, уже обогащенной тяжелыми элементами благодаря взрывам живших недолго самых первых гигантских звезд. В Млечном пути шаровых звездных скоплений около 150, и именно в них содержатся наиболее почтенные представители звездного семейства.

Однако, несмотря на самый значительный возраст этих звезд, наблюдение их с помощью пары телескопов показало, что некоторые из них выглядят очень молодо. «Несмотря на то, что эти скопления образовались миллиарды лет назад примерно в одно и то же время, мы задались вопросом, не могут ли некоторые их звезды стареть быстрее или медленнее, чем другие, – говорит Франческо Ферраро, сотрудник Болонского университета, руководитель группы, сделавшей это открытие. – Изучая распределение голубых звезд определенного типа, который существует именно в этих скоплениях, мы определили, что некоторые скопления на протяжении своей жизни действительно эволюционировали значительно быстрее. Мы также разработали методику оценки скорости их старения».

Звездные скопления формировались примерно в одно время и довольно быстро, так что их звезды заведомо имеют один возраст. Кроме того, в шаровых скоплениях стоит ожидать наличия только небольших светил, так как чем больше звезда, тем быстрее она расходует свой запас топлива. В результате все крупные представители шарового скопления не должны доживать до наших дней. Однако в обсуждаемом исследовании центральное место занимают отклонения от этого правила. В шаровых скоплениях нашей галактики были обнаружены крупные голубые звезды. Оказывается, иногда такой гигант, не желая смириться со старением и смертью, может найти источник омоложения. Фактически, все, что для этого нужно сделать – получить новые запасы топлива, которые можно будет продолжить сжигать. Естественным источником звездного топлива являются другие звезды, и при смешении голубого гиганта и другой звезды появляется голубая звезда, заметно отстающая в своем развитии от соседей. Имея увеличенный запас топлива, такая голубая звезда может либо казаться более молодой, чем ее коллеги, которым не посчастливилось поживиться небольшой звездой, либо и вовсе пребывать в одиночестве, так как другие представители семейства давно выгорели.

Эти голубые долгожители – самые удобные в наблюдении звезды скопления, так как их можно изучать не по одному, а целыми группами. Из-за своей большой массы со временем гиганты собираются в центре скопления. При этом из-за больших размера и массы они также имеют высокую яркость. Выходит, в центре скопления сосредоточены наиболее яркие звезды и плотность их высока, так что и сам центр наиболее ярок. При этом только сочетание двух свойств – яркости и массы – делает их самыми удобными. Ведь в скоплениях есть и красные гиганты, яркость которых больше, но из-за низкой массы эти звезды не стремятся к центре скопления и разрознены. По массе же с голубыми гигантами могут потягаться нейтронные звезды. Это в основном останки все тех же крупных голубых звезд, но которым не посчастливилось одолжить лишнего топлива у меньших собратьев. Как результат, нейтронные звезды собираются в центре скопления вместе с голубыми гигантами, но так в них прекратились термоядерные реакции, излучение их очень слабо и наблюдать его намного труднее. Как результат, при изучении скопления первой целью становятся голубые гиганты.

Эволюция 21 изученного скопления оказалась различной от представителя к представителю. Несколько скоплений не только содержали псевдо-молодые звезды, но и сами полностью выглядели очень молодо, так как в них голубые гиганты оказались распределенными по всему объему. Однако скопления, в которых голубые гиганты сгрудились в центре, преобладали в выборке. Замечена была и промежуточная группа – скопления, в которых в настоящее время происходит дифференциация звезд.

«Так как все скопления образовались примерно в одно и то же время, эти данные указывают на большие различия в скорости эволюции от скопления к скоплению, – говорит Барбара Ландзони, также сотрудница Болонского университета. – Мы считаем, что в случае быстро стареющих скоплений процесс группирования гигантов в центре должен закончиться в течение нескольких сотен миллионов лет, тогда как у наиболее медленно развивающихся он может занять время, в несколько раз превосходящее текущий возраст Вселенной».

Постепенное сгущение звезд в центре скопления носит название коллапса ядра. Плотность материи в центре шарового скопления становится очень высокой, и изучение скорости, с которой протекает этот процесс, было основной целью исследования. Она зависит от количества звезд в центре и их линейных скоростей, и если первое определяется легко, то второе – нет, и в результате было доступно только моделирование процесса. Наблюдение же за старением скоплений и поведением их голубых гигантов позволяет расширить область исследования, в которой возможно подтверждение теории наблюдениями.