Поиск - новости науки и техники

Светила в теле. Астрофизики раскрывают секреты массивных звезд – малоизученных объектов Вселенной

– Существует хорошо разработанная теория, способная описать эволюцию небольших звезд, таких как наше Солнце, – рассказывает директор Специальной астрофизической обсерватории член-корреспондент РАН Юрий Балега. – Однако для самых ярких звезд, превышающих по массе наше светило в десятки раз, хорошей теории пока нет. Одна из причин этого – их сложное строение: в последний период своего существования звезда напоминает своеобразную луковицу, в различных слоях которой происходят разные термоядерные реакции синтеза тяжелых элементов. Другая причина – не хватает наблюдательных данных, ведь массивных звезд очень мало. Скажем, в нашей галактике таких светил всего несколько сотен. А все дело в том, что они редко рождаются и к тому же имеют очень короткую жизнь по астрономическим меркам. В конце своей эволюции многие из них взрываются, оставляя после себя нейтронную звезду или черную дыру. Но детали этого процесса все еще не ясны.
Цель нашего проекта, на который выделен грант Президента РФ для поддержки ведущих научных школ, – собрать информацию о физических свойствах и поведении массивных звезд, используя возможности крупнейшего в России шестиметрового телескопа. Всего в проекте задействован 21 человек, в том числе трое докторов наук, десять кандидатов, три аспиранта и три студента.
Массивные звезды, как уже сказано, живут недолго, поэтому найти их можно только в областях интенсивного звездообразования. Ближайшая к нам такая область – туманность Ориона. Наиболее интересный объект в ней – Трапеция Ориона, состоящая из четырех близко расположенных друг к другу звезд. Одна из них настолько яркая, что своим излучением нагревает всю туманность, которая имеет размеры сотни световых лет. Используя методы интерферометрии, мы смогли повысить разрешающую способность нашего телескопа до рекордной величины (для одиночных оптических телескопов) – 15 тысячных угловой секунды. Под таким углом можно увидеть спичечный коробок на расстоянии 700 километров. Благодаря этому мы выяснили, что ярчайшая звезда Трапеции Ориона не одиночная, а двойная. Один ее компонент в 36 раз тяжелее Солнца, другой – в 11. Они находятся очень близко одна от другой, расстояние между ними такое же, как между Землей и Солнцем. Сразу же возникает вопрос: для массивных звезд это случайность или закономерность – рождаясь, образовывать тесные двойные системы? Интересен и другой факт. Яркая звезда класса В (объект Беклина – Нейгебауэра) имеет такие скорость и направление движения, что можно сделать вывод: она была выброшена из Трапеции Ориона четыре тысячи лет назад.
 – Сейчас расчеты эволюции звезд и их внутреннего строения очень сильно продвинулись благодаря большому количеству новых данных о ядерных реакциях и появлению мощнейших компьютеров, – вступает в разговор другой участник проекта, заведующий лабораторией “Физика звезд”, доктор физико-математических наук Сергей Фабрика. – Но эти расчеты невозможно проверять без наблюдательных данных. Поэтому наша задача – “перекинуть мост” между наблюдениями и этими расчетами. Здесь важно выяснить, как связаны масса и светимость звезды с температурой ее атмосферы. Поэтому наша задача – максимально точное определение физических свойств звезд, чтобы потом на основе этого можно было корректировать расчеты их эволюции.
Чтобы набрать статистику о массивных звездах, мы выбрали целую галактику М33, расположенную в созвездии Треугольника. Она третья по величине в нашей Местной группе, после туманности Андромеды и Млечного пути. В чем преимущество этого выбора? Дело в том, что при определении параметров звезды очень важно знать точное расстояние до нее. В нашей галактике погрешность при измерении расстояния может достигать 50 и более процентов. А погрешность в определении светимости звезды в этом случае будет еще больше. Если же мы изучаем звезды в галактике М33, то уже знаем, что расстояние до них такое же, как расстояние до галактики, которое хорошо известно. Нас интересуют только сверхгиганты, масса которых превышает солнечную в 40 и более раз, а светимость – в сотни тысяч раз. Именно эти звезды в конце своей эволюции должны превратиться в черные дыры.
Другой важный аспект проекта – исследование магнитных полей. Мы стараемся выяснить, как сильно намагничены звезды, или, грубо говоря, сколько звезд в галактике имеют сильное магнитное поле. Сейчас мы исследуем магнитные поля массивных звезд. Решение этой задачи напрямую связано с другими проблемами астрофизики. Например, с так называемыми гамма-всплесками. Это кратковременные вспышки излучения, во время которых выбрасывается колоссальная энергия. Некоторые вспышки настолько мощные, что в них за одну секунду выделяется тепла почти столько же, как за всю историю Солнца. Уже установлено, что значительная часть этих вспышек связана с взрывами сверхновых звезд. Причем далеко не все сверхновые имеют отношение к  гамма-всплескам. Ключевую роль здесь может играть наличие сильного магнитного поля и вращения звезды. Благодаря проделанным измерениям мы выяснили, что достаточно сильным магнитным полем – порядка 1 килогаусса и более – обладают только 2-3% от общего числа массивных звезд в галактике.
Кроме того, среди массивных звезд существует интересный подкласс так называемых LBV-звезд. Эти звезды находятся на самом конце эволюционного пути, непосредственно перед вспышкой сверхновой. Их поиском и исследованием занимается старший научный сотрудник обсерватории кандидат физико-математических наук Ольга Шолухова.
 – Аббревиатура LBV в переводе с английского расшифровывается как яркая голубая переменная, – поясняет Ольга Николаевна. – Видимый блеск у такой звезды может за десяток лет измениться в несколько раз. Также меняется и их спектр. В нем могут появиться новые линии, например железа, которых раньше не было. Информация об этих линиях помогает ученым понять процессы, происходящие глубоко в звездных недрах, и корректировать теорию эволюции.
Самая известная LBV-звезда – Эта Киля – находится в нашей галактике. Она в 100 раз массивнее Солнца и в 5 миллионов раз ярче его. В начале XIX века астрономы зафиксировали ее вспышку, после которой она в течение нескольких лет была самой яркой звездой на небе. Теория предсказывает, что на одну крупную галактику вроде нашей приходится всего несколько десятков таких звезд. Мы для своих исследований выбрали галактику в созвездии Треугольника. Она расположена по отношению к нам почти “плашмя”, и все ее яркие звезды видны, как на ладони. Мне, когда я еще училась в аспирантуре, была поставлена задача отыскать в этой галактике LBV-звезды. Все они короткоживущие по астрономическим меркам. Время их существования оценивается в несколько десятков тысяч лет. Затем они должны взорваться с образованием черных дыр и выбросом в окружающее пространство облаков пыли, содержащих тяжелые химические элементы.
Первые пять таких звезд в галактике Треугольника открыл еще американский астроном Эдвин Хаббл. Наши наблюдения, выполненные на основном инструменте обсерватории – оптическом телескопе БТА с диаметром главного зеркала
6 метров, позволили обнаружить там еще четыре. Кроме того, мы открыли с десяток звезд, которые пока являются кандидатами в LBV. Благодаря этому можно построить определенную статистику и разделить их на подклассы в зависимости от спектра и поведения, начертить так называемые эволюционные треки на специальных диаграммах и сделать выводы о том, какие из них должны взорваться, а какие нет. Изучение разнообразия таких звезд в других галактиках поможет решить одну из самых трудных и интересных проблем в астрофизике, связанную с образованием и эволюцией массивных звезд.

 

На верхнем рисунке – Центральное изображение получено космическим телескопом Хаббл. Три других показывают результаты наблюдений компонентов Трапеции Ориона, выполненных на телескопе БТА с применением методов высокого пространственного разрешения.

На нижнем рисунке – Центр галактики М33. Новая звезда (№93351) на карте участка галактики М33, открытая учеными САО.

Беседовал Василий ЯНЧИЛИН

Нет комментариев