Жуткие голубые гиганты могут раскрыть тайны эволюции звёзд

 

Перевод статьи Пола Саттера (PAUL M. SUTTER), опубликованной на сайте Universe Today

image

Представьте себе звезду в миллионы раз ярче солнца, которая каждые несколько десятков лет испускает мощнейшую вспышку, сравнимую по яркости со взрывом сверхновой. И при всей чудовищности таких взрывов, они не уничтожают нашу беспокойную звезду.
Звезда продолжает жить своей жизнью, её поверхность бьётся в неистовых судорогах, источником которых являются внутренние слои. Вскоре колоссальный взрыв окончит страдания звезды, но до тех пор, ещё тысячи лет ей придётся терпеть такое существование.

Речь идёт о редких ярких голубых переменных звездах, которые могут заключать в себе разгадки к пониманию связи между жизнью звёзд и их смертью.

Голубой период


Яркие голубые переменные (LBV) звёзды невероятно редкие объекты. На данный момент астрономам известно о существовании всего примерно 20 (это не точно) таких объектов, и считается, что в нашей галактике их может быть максимум несколько сотен. Из-за того, что они такие редкие, мы их плохо понимаем. Из-за того, что мы их плохо понимаем, их трудно описать.

image
Туманность Гомункул, образовавшаяся после грандиозного взрыва LBV Эты Киля (Eta Carinae). Jon Morse (University of Colorado) & NASA Hubble Space Telescope

Вот что нам известно:

  • Это большие звёзды. Очень большие. Самые маленькие из них могут сравниться по массе с десятью нашими солнцами, а самые большие — с сотнями. Но даже самые маленькие из них в своей молодости были гораздо, гораздо больше, и уменьшились до размеров, которые мы наблюдаем сейчас, после серий чудовищных взрывов, сдувших их собственную атмосферу в космическое пространство.
  • Это яркие звёзды. Их светимость превосходит солнечную в 250 000 раз и может достигать значений, превосходящих светимость солнца в 3 миллиона раз. Значит температура их поверхности должна составлять от 10 000 К до 25 000 К, что в несколько раз горячее солнца.
  • Редкость таких звёзд, вероятно, связана с их недолговечностью. Многие из самых массивных обычных звёзд, и, возможно, *все* большие звёзды, проходят через фазу LBV. Именно к концу своей жизни, прямо перед превращением в сверхновую, они меньше чем за сотню тысяч лет проходят через стадию LBV. Это настолько маленький срок, что в средней галактике одновременно могут существовать всего несколько сотен таких объектов.
  • Они спонтанные, буйные и нестабильные. Одна из первых обнаруженных звёзд LBV, Эта Киля (Eta Carinae), была вторым по яркости объектом на небе… всего три дня в марте 1843 года. Её больше не видно невооружённым глазом.

А вот что мы о них не знаем:

Всё остальное.

Разминка перед финалом


Наверное самая главная загадка звёзд LBV кроется в их дьявольской нестабильности. Что именно вызывает нечастые, но фантастические по своим масштабам вспышки? Хотя трудно сразу ответить на этот вопрос (надо думать, ведь эти звёзды представляют из себя невероятно сложные физические системы), учёные полагают, что разгадка кроется в сложной связи между внешними и внутренними слоями таких звёзд.

Звёзды LBV страдают самой тяжёлой формой синдрома раздражённого кишечника, которую только можно представить. Их внутренности постоянно выворачивает колоссальными конвекционными потоками, которые переносят горячее вещество от ядра к поверхности, а остывшее — от поверхности к ядру. Это совершенно нормальный процесс для обычных звёзд, но у звёзд LBV здесь просто срывает планку — конвекционные потоки активно выталкивают сгустки внешних слоёв гораздо выше и дальше обычного.

Немного отделившись за счёт конвекции от тела горячей звезды, внешние слои наконец-то могут чуть-чуть остыть. Это увеличивает их плотность, что в свою очередь блокирует идущий снизу звёздный свет. Излучение толкает (как солнечный парус, только в разы серьёзнее) этот уплотнившийся внешний слой, полностью отрывая его от звезды, и сопровождая всё это мощнейшей вспышкой света и выбросом вещества.

В этой истории ещё предстоит многое уточнить и ответить на один важный вопрос: стадия LBV у массивных звёзд, сопровождающаяся бурными приступами, это не предвестник ли ещё более безумной стадии эволюции звёзд известной как фаза Вольфа-Райе (Wolf-Rayet), или после LBV сразу возникает сверхновая?

Родственники гигантов


Если бы у нас в распоряжении было несколько сотен тысяч лет на наблюдение за жизнью и смертью таких звёзд, на этот вопрос можно было бы легко ответить. Но такого времени у нас нет, поэтому найти ответ будет тяжело.

Один из ключей к разгадке кроется в родственных связях между звёздами-гигантами. Если ход жизни самых массивных звёзд во Вселенной выглядит так — «гигант / яркая голубая переменная / Вольф-Райе / бабах», плюс каждая из стадий относительно скоротечна, то мы должны наблюдать все эти стадии в нашем звёздном окружении. Большие звёзды вместе рождаются, вместе стареют и вместе умирают.

Но если звёзды LBV сами по себе и идут к последнему «бабаху» отдельной дорожкой, то они должны отличаться от своих родственников — звёзд Вольфа-Райе. Они, фигурально выражаясь, заселятся в отдельный дом престарелых, на другом конце города.

Лучшее место для поиска таких родственных связей — Большое Магелланово Облако, так как это относительно изолированный объект в ночном небе. 

Исследования вопроса массивности звёзд LBV с переменным успехом ведутся последние несколько лет, в то время как учёные пытаются прийти к единому определению понятий «массивности» и «LBV».

Свежее исследование, недавно принятое для публикации в «Астрофизическом Журнале», уточняет «стандартное» (насколько это возможно в таких случаях) описание LBV: это одна из многих чудовищных стадий жизни массивных звёзд перед их смертью. Это значит, что если мы поймём как устроены звёзды LBV, мы разберёмся в том, как умирают звёзды-гиганты.
Источник ➝