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


  • Космические фонтаны из водяного льда, пара и смеси других веществ, поднимающиеся над равнинами луны Сатурна, давно интригуют специалистов. Не хотят сходиться уравнения, описывающие энергетику этого мира, столь удаленного от Солнца. Однако все встает на свои места, если учесть новое открытие: волнующая активность Энцелада по геологическим меркам — мимолетный эпизод.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...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


  • Галактика, в которой мы живем, — Млечный Путь — настоящий исполин по галактическим меркам. Среди галактик местной группы лишь Туманность Андромеды может тягаться с нашим домом по количеству звезд, размерам и массе. Однако сферы влияния гигантов давно поделены, и нашу галактику окружают десятки, а может, и сотни галактик-спутников.
    Сейчас известны по крайней мере 23 спутника нашей галактики. Некоторые из них светятся, как миллиарды солнц, и жителям Южного полушария нашей планеты отлично знакомы Магеллановы облака — крупнейшие спутники нашей Галактики, не заметить которые на ночном небе невозможно даже невооруженным глазом.



  • Наблюдения на рентгеновской обсерватории «Чандра» показали наличие большого числа маломассивных рентгеновских двойных звезд в эллиптических и линзовидных галактиках, а также в балджах — центральных сферических компонентах — дисковых галактик. Распределение источников по светимостям хорошо описывается двумя компонентами, граница между которыми соответствует светимости порядка (2-3) 1038 эрг/с. Т.к. эта величина примерно соответствует максимальной (т.н. Эддингтоновской) светимости объекта с массой 1.4 Мо, то возможно, что более мощные источники являются аккрецирующими черными дырами, а менее мощные — нейтронными звездами. Т.о. с некоторой долей уверенности можно говорить, что мы видим в галактиках ранних типов — эллиптических и линзовидных — тесные двойные системы как с черными дырами (самые яркие источники), так и с нейтронными звездами (менее яркие).



  • Давайте вспомним испытание противоспутникового оружия, проведенное 11 января 2007 года Китаем. Почему оно вызвало беспокойство у специалистов космической отрасли? Ведь с 1968-го по 1986-й США и СССР провели свыше 20 таких же испытаний! И с того времени уже было проведено несколько подобных испытаний?! Дело вовсе не в международной безопасности. Или не только в ней.



  • ...И тут внимание исследователей привлекла давняя и очень любопытная гипотеза космических струн. Постичь ее трудно, представить наглядно просто невозможно: струны можно только описать сложными математическими формулами. Эти загадочные одномерные образования не излучают света и обладают огромной плотностью — один метр такой "ниточки" весит больше Солнца. А если их масса так велика, то и гравитационное поле, пусть даже растянутое в линию, должно значительно отклонять световые лучи. Однако линзы уже сфотографированы, а космические струны и "черные дыры" пока существуют лишь в уравнениях математиков. Из этих уравнений следует, что возникшая сразу после Большого взрыва космическая струна должна быть "замкнута" на границы Вселенной. Но границы эти так далеки, что середина струны их "не чувствует" и ведет себя, как кусок упругой проволоки в свободном полете или как леска в бурном потоке. Струны изгибаются, перехлестываются и рвутся. Оборванные концы струн тут же соединяются, образуя замкнутые куски. И сами струны, и отдельные их фрагменты летят сквозь Вселенную со скоростью, близкой к скорости света.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Несмотря на то, что идея коллапса кажется простой (при сжатии ядра выделяется энергия гравитационной связи, за счет которой выбрасываются внешние слои вещества), трудно понять процесс в деталях. В конце жизни у звезды с массой более 10 масс Солнца образуется слоеная структура, с глубиной появляются слои все более тяжелых элементов.
    Ядро состоит в основном из железа, а равновесие звезды поддерживается квантовым отталкиванием электронов.
    Но в конце концов масса звезды подавляет электроны, которые вжимаются в атомные ядра, где начинают реагировать с протонами и образовывать нейтроны и электронные нейтрино. В свою очередь, нейтроны и оставшиеся протоны прижимаются друг к другу все сильнее, пока их собственная сила отталкивания не начнет действовать и не остановит коллапс.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Тесное сходство протона и нейтрона наводит на мысль, что здесь существует симметрия. И действительно, на ядерный процесс никак не отразится, если можно было бы заменить все протоны на нейтроны, или наоборот. Это свойство получило название — симметрия изотопического спина, или изотопическая симметрия. Название связано с тем, что ядра, отличающиеся только числом нейтронов, называются изотопами. Нынешнему состоянию Вселенной соответствует равное количество протонов и нейтронов, которые находятся в постоянном движении. Но какая причина вызывает эти движения и вообще изменения в природе?..

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Существует небольшой шанс, что через 3,34 миллиарда лет Марс столкнется с Землей. Также есть вероятность столкновения Земли и Венеры или Меркурия и Венеры. Меркурий вообще может упасть на Солнце или улететь в межзвездное пространство. Таковы причуды нашей системы, новые тайны которой раскрыли ученые.
    Подробнейшее численное моделирование эволюции орбит в Солнечной системе выполнили профессор Жак Ласкар (Jacques Laskar) и Микаэль Гастино (Mickael Gastineau) из Парижской обсерватории (Observatoire de Paris).
    Долгое время астрономы полагали, что орбиты планет в Солнечной системе стабильны и неизменны. Потом стали появляться сведения, что на заре зарождения системы орбиты ряда планет сильно отличались от нынешних и претерпевали большие изменения, прежде чем все «устоялось».



  • В августе 1989 года с космодрома Куру ракетой-носителем Ариана 4 был запущен на орбиту вокруг Земли искусственный спутник HIPPARCOS. Название этого аппарата напоминает имя известного древнегреческого астронома Гиппарха (II в. до н.э.), открывшего явление прецессионного движения оси вращения Земли и предложившего первую фотометрическую шкалу измерения блеска звезд. Отдавая дань уважения Гиппарху, специалисты из Европейского Космического Агентства дали своему спутнику имя, которое они составили из первых букв полного названия научного проекта: HIgh Precision PARarallax COllecting Satellite — «Спутник для получения высокоточных параллаксов». Космический аппарат просуществовал на орбите 37 месяцев, и за это время он провел миллионы измерений звезд. В результате их обработки появились на свет два звездных каталога. Первый из них — HIPPARCOS.

    • Страницы
    • 1
    • 2