Раскрыта тайна происхождения экстремальных гелиевых звезд
Группа индийских, американских и ирландских астрономов, возглавляемая доктором Гаджендрой Пандеем (Gajendra Pandey) из Индийского астрофизического института (Indian Institute of Astrophysics - IIA) в Бангалоре, с помощью космического телескопа NASA "Хаббл" (Hubble Space Telescope) смогла выявить происхождение очень необычного и редкого типа звезд - так называемых "экстремальных гелиевых звезд" (extreme helium stars). Выяснилось, что такие объекты формируются в ходе слияния двух белых карликов. Данная работа была опубликована 10 февраля в выпуске "Астрофизического журнала" (Astrophysical Journal - ApJ, vol 638, p 454).
Первая экстремальная гелиевая звезда - HD 124448 - была обнаружена еще в 1942 году Дэниелом Поппером (Daniel M. Popper) из Чикагского университета (University of Chicago), работавшего в Обсерватории Макдональда (McDonald Observatory). С тех пор в нашей Галактике было идентифицировано еще два десятка подобных звезд - раскаленных сверхгигантов, по своей массе уступающих Солнцу, но при этом во много раз превосходящих его по своим размерам. Еще более странным оказался химический состав этих звезд. Они почти совсем лишены водорода - самого распространенного химического элемента во Вселенной и основного компонента всех обычных звезд. Вместо водорода они содержат гелий с примесью углерода, азота и кислорода, в них также найдены следы всех остальных устойчивых элементов.
Происхождение экстремальных гелиевых звезд нельзя объяснить изначальным формированием из газовых гелиевых облаков, поскольку таких облаков просто нигде не находили. Известно, что гелий образуется из водорода в ходе термоядерных реакций в звездах вроде нашего Солнца (это слияние ядер водорода в ядра гелия происходит с выделением огромного количества энергии, как раз и заставляющей звезды ярко светиться). Однако подобные процессы имеют свое естественное ограничение - рано или поздно все такие звезды с гелиевым ядром теряют огромные количества газа, и это происходит еще до того, как гелий заполнит внешние звездные слои и тем самым будет обнаруживаться спектрометрами телескопов. При этом никакой известный звездный процесс не может привести к преждевременному выходу наружу гелия, содержащегося внутри звезд.
Два десятилетия назад астрономы Рональд Веббинк (Ronald Webbink) и Ико Ибен (Icko Iben) из Университета Иллинойса (University of Illinois) разработали теорию, согласно которой экстремальные гелиевые звезды формируются в ходе слияния пары белых карликов (это так называемая модель двойной вырожденной системы - double-degenerate (DD) model). Белые карлики - это остатки звезд, подобных нашему светилу, что в процессе эволюции лишились своих внешних слоев. Они уже не содержат больших количеств водорода, который за миллиарды лет успел попросту выгореть. Некоторые такие квазизвездные "огрызки" богаты гелием, ну а другие - углеродом и кислородом. В результате эволюционного развития системы из двух "нормальных" звезд (вращающихся вокруг общего центра масс) в принципе может получиться и пара белых карликов. Веббинк и Ибен предположили, что в некоторых случаях одна из звезд в такой системе может превратиться в богатого гелием белого карлика, а другая - в белого карлика, обогащенного углеродом и кислородом. Обращаясь по орбитам один вокруг другого в течение многих миллиардов лет, эти два объекта постепенно теряют энергию (на излучение гравитационных волн и др.) и сближаются... В конечном счете гелиевый белый карлик будет поглощен более массивным углерод-кислородным соседом, а результат их слияния - единая звезда - раздуется до сверхгиганта, внешние слои которого и будут заполнены более легким гелием.
Чтобы проверить эту теорию, астрономы должны были как-то узнать точный химический состав экстремальных гелиевых звезд, и вот он-то и был получен в ходе наблюдений (для 17 таких объектов) с помощью спектрографа "Хаббла" STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph), позволившего изучить ультрафиолетовую компоненту излучения, и 2,7-метрового Телескопа Харлана Смита (Harlan J. Smith Telescope) Обсерватории Макдональд и индийского 2,3-метрового Телескопа Вэйну Баппу (Vainu Bappu Telescope, телескоп назван в честь основателя Индийского астрофизического института), отвечавших за оптический диапазон.
Полученные результаты (для 18 химических элементов, включая таких "тяжеловесов", как иттрий и цирконий) хорошо согласуются с предсказанием по составу, полученным в ходе детального моделирования процессов формирования таких звезд путем слияния двух белых карликов, которые были проведены в 2002 году Хидеюки Сайо (Hideyuki Saio) из японского Университета Тохоку и Саймоном Джеффери из Обсерватории Армы (Armagh Observatory) в Северной Ирландии (исключением в ряде случаев стал только кислород). Согласно таким моделям, гелиевый белый карлик в процессе сближения будет разорван на части и на какое-то время сформирует массивный аккреционный диск вокруг углерод-кислородного белого карлика, а затем будет им полностью поглощен. Весь процесс займет всего несколько минут. Нужно отметить, впрочем, что результаты слияния напрямую зависят от начальных масс обоих компонентов двойной системы. Если масса новообразовавшейся звезды окажется столь велика, что превысит так называемый предел Чандрасекара (рассчитан в 1931 году известным американским физиком индийского происхождения Субрахманьяном Чандрасекаром (Subrahmanyan Chandrasekhar, 1910-1995)), то этот новый объект рванет в виде сверхновой типа Ia, испытает коллапс (сжатие) и обратится в нейтронную звезду. Ну а если масса окажется ниже этого предела, то звездный новичок раздуется как воздушный шарик, превратившись в сверхгиганта, и в конечном счете станет экстремальной гелиевой звездой.
Еще одна теория, альтернативная "двойной вырожденной системе", известна под именем "модели финальной вспышки" (final-flash (FF) model). И согласно "модели финальной вспышки", при образовании экстремальной гелиевой звезды можно обойтись силами одного белого карлика. В какой-то момент внешний гелиевый слой охлаждающегося белого карлика может разгореться, выдавая дополнительный тепловой импульс, приводящий к раздуванию прежде скромной звездочки в настоящего сверхгиганта. В этом случае период существования такой экстремальной гелиевой звезды может оказаться сравнительно небольшим.
В дальнейшем ученые планируют продолжить свои исследования экстремальных гелиевых звезд - они надеются идентифицировать больше таких объектов и уточнить их состав.
Источники:
International team of astronomers discovers origins of 'extreme helium stars' - The University of Texas McDonald Observatory
'Extreme helium stars' may be double degenerates - New Scientist
Ссылки:
Тайна гелиевых звезд раскрыта - "Новости из Британии"
Гелиевые звезды рождаются путем слияния - NTR.ru
Химический состав звезд - Astrolab.ru
Белые карлики и нейтронные звезды
Звездный нуклеосинтез
Обсудить
Справка
Белые карлики
- компактные звезды с массами, сравнимыми с массой Солнца (но меньше 1,4 солнечной массы), и с радиусами порядка 0,01 радиуса Солнца (т.е. их размеры сравнимы с размерами Земли, причем чем больше масса белого карлика, тем меньше его радиус). Название связано с цветом первых открытых представителей этого класса - Сириуса B и 40 Эридана B - горячих белых звезд. Позднее были открыты и более холодные желтые и красные белые карлики. Вследствие малых размеров средняя плотность белых карликов (~106г/см3) в миллионы раз выше плотности нормальных звезд. При таких плотностях давление вещества определяется вырожденным электронным газом. Поэтому часто белые карлики называются вырожденными звездами.
Статьи по теме
Найден самый горячий белый карлик с только что погасшей "ядерной печью"
Международная группа астрономов, занимавшаяся изучением останков звезд, когда-то представлявших собой подобие нашего собственного Солнца, нашла весьма примечательный квазизвездный объект, обозначаемый как H1504+65. Это самый горячий из всех известных нам белых карликов, в котором только-только погас его "ядерный реактор", на протяжении многих миллиардов лет исправно снабжавший энергией звезду и окружающее ее пространство.
Величайшие взрывы как последствия звездных "измен"
Новое исследование заставляет признать, что полной ясности с гамма-всплесками все еще нет, и механизмы, породившие на свет большую часть исследованных коротких GRBs, могут быть более изощренными - с предварительным обменом звездными компаньонами в пределах шаровых скоплений.
Тысячелетний остаток ярчайшей сверхновой
Это псевдоцветное изображение остатка сверхновой звезды SN 1006, вспыхнувшей на земном небе в 1006 году, составлено на основе данных, полученных космической обсерваторией NASA "Чандра", работающей в рентгеновском диапазоне.
Впервые точно измерена масса белого карлика
С помощью космического телескопа "Хаббл" британским астрономам удалось получить качественно новую информацию о самом близком и самом ярком белом карлике - то есть звезде, массой сравнимой с массой Солнца, а по размерам уступающей нашей Земле.
Земля сможет пережить гибель Солнца?
Новые данные указывают на то, что астероиды, пылевые диски и даже, возможно, останки планет могут еще долго кружить вокруг так называемых белых карликов - то есть по сути мертвых звезд, которые уже прошли свою последнюю "живую" стадию в виде красного гиганта.
Австралийский священник поймал необычную пришелицу
Сверхновая, вспыхнувшая в южном созвездии Сетки, представляет собой результат взрыва маленькой и очень плотной звезды размером с нашу Землю и массой порядка солнечной - белого карлика, входящего в состав бинарной системы.
Найден мощнейший источник гравитационных волн
Удалось найти свидетельство того, что два белых карлика облетают друг друга по столь тесной орбите, что вот-вот сольются, устроив космический катаклизм. О J0806 говорят как о главном кандидате для экспериментов, целью которых будет непосредственное обнаружение еле уловимой "ряби", что сотрясает пространство-время.
Удалось увидеть мост между звездами
Впервые удалось получить изображение в рентгеновских лучах пары взаимодействующих звезд - красного гиганта и белого карлика - и найти свидетельства того, что между этими звездами действительно выстраивается своеобразный струящийся "мост" из раскаленной материи.
Компаньон молодой звезды массой в 40 юпитеров
Японским астрономам удалось сделать фотографию и уточнить параметры небольшого компаньона молодой звезды DH Tauri. Выяснилось, что этот коричневый карлик имеет массу, всего лишь в 40 раз превышающую массу Юпитера. Сама звезда находится от нас на расстоянии в 460 световых лет, а масса ее составляет две трети от массы Солнца. Ее компаньон принадлежит к числу самых "прохладных" и маломассивных коричневых карликов, облетающих по орбите молодые звезды.
Обитаемые планеты у коричневого карлика
Американским астрономам удалось определить местонахождение новой "миниатюрной солнечной системы". Необычным оказалось то, что в качестве центральной звезды на этот раз выступает крошечный коричневый карлик. Эта "звезда" настолько мала, что ее саму можно в принципе считать гигантской планетой. Тем не менее, она, как и некоторые ее "взрослые" звездные товарки, окружена диском из протопланетного материала, в котором уже формируются "комки" нескольких планет, по размерам сопоставимых с Землей или Марсом.
Раскрыт секрет образования планетарных туманностей
Звезды, подобные нашему Солнцу, в конце своей жизни сбрасывают расширяющиеся газовые оболочки, образуя при этом планетарные туманности. Несмотря на сферически-симметричную родительскую звезду, примерно 80% этих примечательных образований формируются с нарушением сферической симметрии. Это давнее и таинственное обстоятельство получило свое объяснение после открытия германских астрофизиков.
Жертва 1572 года выжила и дает показания
Международная группа астрономов идентифицировала выжившего компаньона звезды, которая в 1572 году наблюдалась землянами как сверхновая. Эта сверхновая связана с именем великого датского астронома Тихо Браге, проведшего тогда важнейшие наблюдения. Новое научное достижение рассматривается в качестве первого шага, позволяющего получить прямое экспериментальное доказательство в поддержку давней теории, описывающей заключительные этапы жизни этого специфического типа звезд.
В центре Млечного пути - необъяснимый жар
Космическая рентгеновская обсерватория NASA "Чандра" обнаружила обширную область в центре Млечного пути, заполненную чрезвычайно горячим газом. Интенсивность и спектр высокоэнергетического рентгеновского излучения, порождаемого этим газом, пока представляют собой настоящую научную загадку. Нет ни одного известного класса космических объектов, с помощью которых можно было бы все это объяснить.
Впервые получена фотография инозвездной планеты
Основываясь на предварительном анализе новых данных от космического телескопа "Хаббл", американские астрономы заявили о том, что, возможно, им впервые удалось получить изображение гигантской планеты вне Солнечной системы. При этом был задействован новый метод выделения тусклых объектов в свете относительно яркой звезды.
Смертельный супергорячий мотылек-однодневка
Космический телескоп "Хаббл" сделал фотографию останков звезды солнечного типа, которая сбросила свою внешнюю оболочку, точно какая-то чудовищная "куколка", и теперь во всю ширь развернула свои переливчатые "крылья" гигантской космической "бабочки".
Сверхновые - это взрывающиеся яйца
Взрывные волны от сверхновых имеют форму яйца, они вовсе не строго сферичны, как считалось ранее. Этот факт - то есть обнаружение такой небольшой асимметрии в процессах звездных взрывов - может сделать сверхновые еще более точным инструментом для измерений расстояний в космосе и для уточнения параметров таинственной антигравитации - темной энергии, заполняющей Вселенную.
Первые звезды не были одиноки: астрономы нашли небывало древнюю планету
Астрономы нашли самую древнюю и самую далекую из всех известных на сегодняшний момент планет. Она движется по орбите вокруг двойной квазизвездной системы в созвездии Скорпиона на расстоянии 5 600 световых лет от Земли. Новое открытие дарит нам надежду, что и в нашей Галактике формирование планет, возможно, началось гораздо раньше, чем о том говорят современные теории, а своими планетными системами при этом обладают едва ли не все звезды.
NASA рядом с Солнцем нашло необычную звезду в ходе слежки за астероидами
Наши ближайшие звездные окрестности пополнились новым объектом. Это звезда, которая на настоящий момент считается третьей по удаленности от Солнца (в направлении на созвездие Овен), обозначается SO25300.5+165258 и представляет собой слабосветящийся красный карлик. Расстояние от нас до него оценено в 7,8 световых лет.
Гигантский глаз - это ствол, направленный прямо на Землю
На одном из крупнейших и самых детальных изображений из когда-либо полученных астрономами запечатлена имеющая форму катушки Спиральная Туманность (иначе говоря, Туманность Улитки, NGG 7293). История появления этой фотографии необычна.
Самые красивые объекты во Вселенной окутаны тайной
Планетарные туманности - остатки звездных катастроф, - безусловно, относятся к красивейшим объектам во Вселенной, но они все еще окутаны тайнами, причем в буквальном смысле этого слова. Даже при том, что многие такие газо-пылевые туманности находятся в относительной близости от нас и подробно изучены, среди них встречаются те, что продолжают озадачивать астрономов.
"Хаббл": Потрясающие картины таинственного "звездного нарыва"
Когда произошло "извержение" ничем до того не примечательного объекта V838 в созвездии Единорога, то на какое-то время он стал самой яркой звездой во всем Млечном пути. В отличие от обычной новой она просто очень сильно расширилась, чтобы оставаться при этом сравнительно "прохладным", но очень ярким сверхгигантом. Это небывалая метаморфоза бросает вызов укоренившимся за последнее время в астрофизике взглядам на эволюцию звезд.
Ближайшая к Солнцу звезда оказалась экзотом
Для звезд с малой массой, подобных Проксиме Центавра, становятся чрезвычайно важными квантовые эффекты, а их звездное вещество "вырождается". Масса и диаметр Проксимы Центавра составляют около 1/7 массы и диаметра Солнца. Эта звезда в 150 раз массивнее Юпитера, но только в 1,5 раза крупнее его. Положение на границе между звездами, коричневыми карликами и планетами делает нашего соседа объектом, очень интересным для астрофизиков.
Неудавшиеся звезды обзаводятся планетами
Зародыши планет удалось обнаружить даже у "обиженных судьбой" крошечных астрономических объектов - коричневых карликов, - что подтверждает тезис о чрезвычайной распространенности инозвездных планетных систем.
Раскрыта тайна самых раскрученных звезд
Новые наблюдения позволили получить ответ на вопрос о том, благодаря чему специфические космические объекты, называемые миллисекундными пульсарами, так здорово раскручиваются.
Протопланетный Питер Пэн
Обнаружено небывалое явление - 25-миллионолетний протопланетный диск, который не выказывает ни малейших признаков формирования хотя бы одной планеты. Находка подобного объекта кажется столь же неожиданной, как и встреча с 200-летним юношей.
Кольцо Фомальгаута - это удав снаружи
Самые детальные снимки близлежащей звезды Фомальгаут дали новые доказательства существования зародыша крупной невидимой планеты, гравитационно воздействующей на материал протопланетного облака.
Суперускорительный южный танец
Астрономы обнаружили двойную звездную систему, состоящую из голубого гиганта и пульсара, которые в паре работают как мощнейший естественный ускоритель частиц, превращая обычные фотоны в фотоны сверхвысоких энергий.
Горячая суперсестренка
У одной из ближайших к нам звезд, Gliese 876, была найдена сравнительно небольшая планета, масса которой всего лишь в семь-восемь раз превышает массу Земли, а диаметр - вдвое больше земного. Если вести речь о существовании жизни на таких планетах, то следует обсудить одну замечательную возможность...
Тайна ближайшего взрыва сверхновой
Прародитель сверхновой звезды SN 1987A весил в 20 раз больше нашего Солнца, таким образом он оказывался прямо на "разделительной линии", оставляя астрономов в неведении относительно того, какого именно типа компактный объект должен появиться в результате этого катаклизма.
Астрономы распрощаются с экзопланетами?
Объект, яркость которого в 100 с лишним раз уступает яркости его звездного хозяина, оказался в 93 раза более массивным, чем Юпитер. При этом он почти в два раза тяжелее, чем ему "положено быть" по теории. Возможно, новое открытие свидетельствует о том, что в современные модели этого типа звезд вкрались существенные ошибки, в результате которых астрономы завышали оценку общего числа молодых коричневых карликов и экзопланет.
Подтверждено получение первой фотографии инозвездной планеты
Исследования, проведенные с помощью космического телескопа "Хаббл", подтверждают открытие экстрасолнечной планеты у тусклого коричневого карлика, расположенного от нас на расстоянии в 225 световых лет в южном созвездии Гидра. Первоначально этот объект был визуально обнаружен астрономами, использующими Очень Большой Телескоп Южной европейской обсерватории в Чили. Его могут объявить первой инозвездной планетой, увиденной непосредственно в телескоп.
Фото экзопланеты у коричневого карлика
Сотрудники Южной европейской обсерватории обнародовали фотографию, которая может оказаться первым в истории астрономии снимком внесолнечной планеты. Получить изображение планеты, обращающейся вокруг удаленной звезды, - это давняя мечта астрономов. В последние годы уже появлялось несколько заявок на первую фотографию экзопланеты, но каждый раз эти "открытия" не выдерживали последующей проверки.
Впервые удалось измерить массу отдельной звезды
Астрономы впервые сумели измерить непосредственным образом массу отдельной звезды. До сих пор такое удавалось проделать только в случае нашего собственного Солнца или для бинарных звездных систем. Теперь измерения были проведены для красного карлика, расположенного приблизительно в 1800 световых лет от Земли.
Коричневые карлики получили статус звезд
Коричневые карлики по всей видимости рождаются тем же самым способом, что и обычные звезды. Такой вывод сделали астрономы, изучающие эти таинственные объекты. Это открытие может положить конец спорам о том, можно ли считать коричневые карлики звездами, либо они достойны статуса всего-навсего остатка мощного выброса из плотного газопылевого облака.
Удалось разглядеть протопланетный диск у одной из ближайших к нам звезд
Американские астрономы нашли самую близкую к Солнцу и самую молодую звезду из всех, что окружены пылевыми облаками, из которых рождаются планеты. Звезда называется AU Mic (или AU Микроскопа), это слабосветящийся красный карлик, расположенный от нас в 33 световых годах в созвездии Микроскопа. Открытие дает в руки ученых новые ключи к происхождению и развитию планетных систем.
Уютный Плутон станет последним оазисом жизни
Когда-нибудь Земля неизбежно погибнет, поглощенная раздувшимся Солнцем. Возможно внешняя часть Солнечной системы все же сохранится и станет последним уютным оазисом. Компьютерное моделирование показывает, что условия в поясе Койпера могут к тому времени стать даже более благоприятными для возникновения и развития жизни, чем на заре нашей планеты.
"Хаббл" обнаружил испаряющуюся планету
Астрономы, использующие космический телескоп "Хаббл", впервые наблюдали, как экзопланета быстро теряет свою атмосферу. Большая часть ее может таким образом в конечном счете исчезнуть, оставив только плотное ядро. Эта экзопланета (то есть планета, найденная вне Солнечной системы) принадлежит к типу, известному как "горячий Юпитер", - то есть газовый гигант, орбита которого расположена очень близко к родительской звезде, а он сам находится в постоянной опасности, подобно мотыльку возле пламени свечи.
Новости по теме
