Смерть звезд

Втр, 04/01/2014 - 18:20

Скат (Hen3-1357) — самая молодая из планетарных туманностей, зародившаяся лишь 20 лет назад. На ее форму влияют звезда-соседка и газовый фактор

Туманность Жук (NGC6302). Центральная звезда туманности окружена плотным, запыленным и насыщенным углеродом тором

Туманность Муравей (Menzel 3). Центральная звезда выбрасывает газ со скоростью 1000 км/с

Туманность Одуванчик (NGC 6751). Эллиптическая планетарная туманность. Красным, зеленым и голубым показана соответственно слабая, умеренная и сильная ионизация газа

Туманность Яйцо (CRL 2688). Центральная звезда как прожектор освещает концентрические пылевые оболочки, протянувшиеся более чем на 0,1 светового года

Модель взаимодействующих ветров завела нас в тупик

Красивую научную идею не так-то легко отбросить. Сначала мы пытались игнорировать результаты наблюдений, надеясь, что Кошачий Глаз — аномалия. Но не тут-то было: другие изображения с «Хаббла» подтвердили, что в нашем сценарии смерти звезды отсутствуют какие-то важные детали.

Среди планетарных туманностей самые необычные — биполярные. На снимках «Хаббла» они выглядят изысканно: мелкие детали симметрично входят в обе части туманности. Симметрия указывает на то, что вся структура рождалась когерентно, в регулярном процессе, действовавшем вблизи поверхности звезд.

Для таких объектов модель взаимодействующих ветров дает прогноз, который легко проверить: выйдя за пределы тора, газ должен вытекать наружу с постоянной скоростью, которая создает заметное доплеровское смещение в его спектре. К сожалению, такое испытание модель не выдерживает. В 2000 г. Романо Корради (Romano L.M. Corradi), работающий сейчас в Группе телескопов И. Ньютона Института астрофизики на Канарских островах, при помощи телескопа «Хаббл» изучил Южную крабовидную туманность (He2-104). Оказалось, что скорость ее расширения возрастает пропорционально расстоянию от звезды, а наиболее далекий от центра газ с самого начала двигался быстро. Прекрасная туманность, похожая на песочные часы, могла сформироваться в результате извержения из звезды приблизительно 5700 лет назад. Жаль, но модель взаимодействующих ветров, предсказывавшая, что туманность формирует непрерывный поток, оказалась несостоятельной.

Корради и его коллеги обнаружили, что Южная крабовидная туманность на самом деле — две туманности, вложенные друг в друга, как матрешки. Сначала мы предположили, что внутренняя туманность моложе внешней, но наблюдения показали, что скорость расширения обеих туманностей увеличивается с расстоянием одинаково. Похоже, что вся сложная структура сформировалась одновременно примерно 6 тыс. лет назад.

Последний гвоздь в крышку гроба модели взаимодействующих ветров был вбит в конце 1990-х, когда Куок, Рагвендра Сахаи (Raghvendra Sahai), Джон Траугер (John Trauger) из Лаборатории реактивного движения в Пасадине (Калифорния) и Маргарет Мейкснер (Margaret Meixner) из Иллинойского университета опубликовали ряд новых изображений, полученных «Хабблом», — очень молодых планетарных туманностей, на стадии до или сразу после того, как звезда нагрела и ионизировала их. Ожидалось, что объекты будут не столь велики, но в целом похожи на взрослые туманности. Однако и на этот раз мы ошиблись: эмбриональные и юные планетарные туманности оказались чрезвычайно разнообразны. Их многочисленные оси симметрии не удается объяснить одной струей, как в нашей гипотезе. Модель взаимодействующих ветров завела нас в тупик. Как отметили в своей статье 1998 года Сахаи и Траугер, пришло время для поиска новой парадигмы.

Попробуем по-другому

Исследователи заключили, что один из основных факторов — гравитационное поле звезды-компаньона — становится решающим. По крайней мере половина всех светил, которые мы видим на небе, в действительности являются двойными. В большинстве систем компаньоны так далеки друг от друга, что живут независимо. Но у некоторых тесных пар притяжение одной звезды может значительно отклонить вещество, вытекающее из другой. Доля таких пар как раз соответствует доле биполярных объектов среди планетарных туманностей.

Согласно сценарию, предложенному Марио Ливио (Mario Livio) из Института космического телескопа и Ноамом Сокером (Noam Soker) из Института «Технион» (Израиль), компаньон захватывает вещество, оттекающее от умирающей звезды. В системе, где размер орбит меньше, чем у Меркурия, а орбитальный год измеряется земными сутками, такой обмен сложен. К моменту, когда вещество умирающей звезды достигает компаньона, последний стремительно перемещается по своей орбите. Вещество, оттянутое приливной силой от рыхлой умирающей звезды, образует хвост, тянущийся за более плотной звездой-компаньоном, и образует плотный толстый диск, обращающийся вокруг компаньона. Моделирование показывает, что компаньон, находящийся на столь же далекой, как у Нептуна, орбите, может окружить себя аккреционным диском.

Раздуваясь, умирающая звезда способна проглотить своего компаньона вместе с диском. Оказавшись на спиральной орбите в теле большей звезды, они разрушают ее изнутри. При этом вытекающие потоки формируют изогнутые струи. Постепенно компаньон погружается в звезду и наконец сливается с ее ядром, а выброс вещества прекращается. Возможно, поэтому некоторые туманности выглядят так, будто бы его приток в них внезапно прекратился.

Магнитное управление

Звезда-соседка по двойной системе, вероятно, не единственный «скульптор» планетарной туманности. Другим игроком может быть мощное магнитное поле самой звезды или диска, окружающего звезду-соседку. Поскольку газ в космосе ионизован, магнитное поле способно управлять его движением. Сильные поля действуют как упругие резиновые нити, направляя газовые потоки.
В конце 1990-х гг. Роджер Шевалье (Roger A.Chevalier) и Динг Луо (Ding Luo) из Виргинского университета предположили, что оттекающий звездный ветер уносит петли магнитного поля. Борьба газа с полем может придавать потоку экзотические формы, но, чтобы он мог его захватить, оно с самого начала должно быть довольно слабым, а значит, не может нести ответственность за генерацию ветра.

Как же сильные магнитные поля выбрасывают вещество в космос? Поскольку умирающая звезда бурлит из-за конвекции, связанное с ее ядром магнитное поле вместе с газом поднимается к поверхности. Если ядро вращается быстро, то поле наматывается на него, как пружина, а когда вырывается на поверхность, захватывает и выбрасывает вещество наружу. Подобное может происходить и в замагниченном аккреционном диске. Фактически как звезда, так и диск могут создать ветер. Несовпадение их осей объясняет некоторые странные многополюсные формы у молодых планетарных туманностей. Вместе с Эриком Блэкманом (Eric G. Blackman) из Рочестерского университета, Сином Мэттом (Sean Matt) из Университета Макмастера Адам Франк изучает эти эффекты. Магнитные поля, как и двойные звезды, дают дополнительные силы, способные создать намного большее разнообразие форм, чем это может модель взаимодействующих ветров.
Источники энергии звезд в процессе эволюции затухают, а внешние слои сбрасываются в космос. Фактически теория внутреннего строения и эволюции звезд — одна из самых успешных научных теорий XX столетия, которая объясняет наблюдаемые свойства большинства звезд: их излучение, цвет и даже большинство их причуд. Однако новая информация делает несостоятельными даже лучшие из теорий. Такова природа прогресса. Открытия часто, разрушая старое, позволяют решить наболевшие вопросы и открывают путь к стремительному движению вперед, часто — в неожиданном направлении.

Другие материалы рубрики


  • Эксперты ООН в ежегодных докладах публикуют данные, говорящие, что Землю в перспективе ждет катастрофическое глобальное потепление, обусловленное возрастающими выбросами углекислого газа в атмосферу. Однако наблюдение за Солнцем позволяет утверждать, что в повышении температуры углекислый газ «не виноват» и в ближайшие десятилетия нас ждет не катастрофическое потепление, а глобальное, и очень длительное, похолодание.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Был ли Большой взрыв началом времени или Вселенная существовала и до него? Лет десять назад такой вопрос казался нелепым. В размышлениях о том, что было до Большого взрыва, космологи видели не больше смысла, чем в поисках пути, идущего от Северного полюса на север. Но развитие теоретической физики и, в частности, появление теории струн заставило ученых снова задуматься о предначальной эпохе.
    Вопрос о начале начал занимать философов и богословов с давних времен. Он переплетается с множеством фундаментальных проблем, нашедших свое отражение в знаменитой картине Поля Гогена «D’ou venons-nous? Que sommes-nous? Ou allons-nous?» («Откуда мы пришли? Кто мы такие? Куда мы идем?»). Полотно изображает извечный цикл: рождение, жизнь и смерть — происхождение, идентификация и предназначение каждого индивидуума. Пытаясь разобраться в своем происхождении, мы возводим свою родословную к минувшим поколениям, ранним формам жизни и прото-жизни, химическим элементам, возникшим в молодой Вселенной, и, наконец, к аморфной энергии, некогда заполнявшей пространство. Уходит ли наше фамильное древо корнями в бесконечность или космос так же не вечен, как и мы?

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • ...Пока ваш звездолет выбирается из гравитационной ловушки Гаргантюа, вы строите планы возвращения домой. К тому моменту, когда вы достигнете Млечного Пути, Земля станет на 2,4 млрд. лет старше, чем во время вашего старта. Изменения в человеческом обществе будут настолько велики, что вы не испытываете особого желания возвращаться на Землю. Вместо этого вы и команда звездолета решаете освоить пространство вокруг какой-нибудь подходящей вращающейся черной дыры. Ведь именно энергия вращения дыры в квазаре 8C 2975 позволяет квазару «проявить себя» во Вселенной, поэтому энергия вращения дыры меньших размеров может стать источником энергии для человеческой цивилизации.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Юпитер называют планетой загадок. В статье высказывается гипотеза о причинах феномена «горячих теней» — наиболее таинственного и малоисследованного процесса, наблюдаемого в атмосфере гигантской планеты.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Прошло без малого сто лет с того момента, как были открыты космические лучи-потоки заряженных частиц, приходящих из глубин Вселенной. С тех пор сделано много открытий, связанных с космическими излучениями, но и загадок остается еще немало. Одна из них, возможно, наиболее интригующая: откуда берутся частицы с энергией более
    1020 эВ, то есть почти миллиард триллионов электрон-вольт, в миллион раз большей, чем будет получена в мощнейшем ускорителе — Большом адронном коллайдере (LHC)? Какие силы и поля разгоняют частицы до таких чудовищных
    энергий?

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Космологи в замешательстве. Обычно предметы, брошенные вверх, замедляются. Планеты притягивают объекты, звезды притягивают планеты. Это нормально. Но почему тогда Вселенная расширяется? Отдельные галактики, разбросанные после Большого взрыва в разные стороны, должны притягиваться друг ко другу — и расширение должно замедляться. Но того не происходит: они разлетаются друг от друга с ускорением. Принято считать, что виновата во всем темная энергия, хотя она темная именно оттого, что о ней никто ничего не знает. Но уже ясно точно, что на предельно больших расстояниях гравитация превратилась в отталкивающую силу, а не в притягивающую.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Новая теория позволила сформулировать идеи, допускавшие экспериментальную проверку. В результате этих работ была предсказана новая разновидность света, состоящая не из обычных фотонов, а из загадочных Z–частиц. В окрестностях Женевы в 1983 году в серии экспериментов, исследующих столкновения частиц высоких энергий на ускорителе, были обнаружены Z–частицы, то есть единая теория поля получила подтверждение. Теоретики к этому времени сформулировали амбициозную теорию, объединяющую с электромагнитным и слабыми взаимодействиями еще один тип ядерных сил — сильное взаимодействие. Кроме того, были получены первые результаты исследований в области гравитации, показывавшие, каким образом гравитационное взаимодействие можно было бы объединить с другими типами взаимодействий...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • За последнее время вблизи Земли пролетели несколько сравнительно крупных небесных тел. Сильную тревогу вызвало в 1936 г. прохождение астероида Адонис на расстоянии около 2 млн. км от Земли. А настоящую панику вызвал в 1937 г. астероид Гермес, имеющий диаметр ≈1,5 км, промчавшийся лишь на расстоянии 800 тыс. км от Земли (удвоенное расстояние до Луны). Позже (в 1992 г.) большой ажиотаж был связан с приближением к Земле малой планеты Тоутатис. Астероид диаметром около полукилометра пролетел мимо Земли 19 мая 1996 г. на расстоянии всего 450 тыс. км.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Невиданный успех фильма «Аватар» о событиях на экзопланете Пандора на самом деле может быть не такой уж и фантастикой. По крайней мере, обнаружение новых планет в других звездных системах дает нам надежды на то, что мы на самом деле увидим причудливых инопланетных существ.
    Фантастика зачастую является таковой лишь для определенной эпохи, и с развитием научно-технического прогресса она становится реальностью. Вот и «Аватар» не зря был снят, точнее, смонтирован именно сейчас — ведь еще десять-пятнадцать лет назад подобное казалось уж больно нереальным. Примерно, как обнаружение живого динозавра.
    Современные астрономы уже не отрицают, что где-то там, в других галактиках или даже в нашем родном Млечном пути, есть жизнь. Завлабораторией астроинформатики Главной астрономической обсерватории НАН Украины Ирина Вавилова так и говорит: «Считаю, что она существует. В форме простейших организмов — так точно».

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Вращаясь вокруг Солнца, инфракрасная обсерватория НАСА ищет следы молодых звезд и галактик, а также межзвездное пространство, в котором они образовались.
    Космический телескоп имеет очевидные преимущества в изучении инфракрасного теплового излучения, которое испускают объекты, слишком холодные, чтобы сиять в спектре видимого света. Атмосфера Земли - постоянная помеха для инфракрасных приборов, поскольку она не только впитывает слабые инфракрасные лучи из космоса, но и сама выделяет их огромное количество.
    В 1979 году НАСА представило инфракрасный космический телескоп SIRTF. Он не стал первым инфракрасным прибором на орбите, но долгое время оставался самым большим.