Астрономы разгадали природу «извержений» гигантских звёзд
Очень редкие, очень большие и очень горячие — так можно описать яркие голубые переменные звёзды.
А ещё они иногда «извергаются», выбрасывая облака вещества, по массе сравнимые с планетами. Теперь учёные выяснили, как им это удаётся.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature группой во главе с Джеймсом Стоуном (James Stone) из Принстонского университета.
Яркие голубые переменные (ЯГП) — чрезвычайно редкие звёзды. В нашей галактике и её ближайших соседях астрономы насчитали лишь несколько десятков таких светил.
Самые большие из них превосходят Солнце в сто раз по массе и в миллион раз по светимости. То и другое близко к теоретически возможному пределу для звезды.
Редкость ЯГП связана в основном с тем, что в астрономии строго выполняется принцип «тараканов больше, чем слонов». Большинство звёзд в Галактике по массе меньше Солнца, которое и само относится к карликам. А вот светил, которые в десятки раз тяжелее нашего, очень мало.
Как считают специалисты, каждая звезда подходящей массы в процессе эволюции проходит стадию ЯГП. Но она по астрономическим меркам очень короткая, и это вторая причина, по которой мы наблюдаем так мало этих светил.
Однако их роль в жизни Млечного Пути не стоит недооценивать.
«Эти массивные звёзды, несмотря на их небольшое количество, во многом определяют эволюцию галактик благодаря своему звёздному ветру и взрывам сверхновых, и когда они умирают, то оставляют после себя чёрные дыры», — объясняет соавтор исследования Маттео Кантьелло (Matteo Cantiello) из Института Флэтайрона.
Эти светила не зря называются переменными. Они значительно меняют свою светимость и объём на сроках от месяцев до лет.
Кроме того, у них случаются вспышки с мощными выбросами плазмы. Тогда за несколько дней они могут извергнуть столько вещества, что его хватило бы на небольшую планету. Механизм этих вспышек несколько десятилетий оставался неясным.
Специалисты предлагали следующий сценарий. Во внешних слоях звезды постепенно скапливается непрозрачный для излучения гелий. Пятно такого вещества работает как солнечный парус: излучение из недр светила врезается в него и толкает вперёд. В результате богатое гелием облако вылетает из звезды, как пробка из бутылки шампанского. Это и есть выброс.
Однако одномерное моделирование не подтвердило эту гипотезу. Внешние слои звезды оказались недостаточно плотными для такого процесса.
Группа Стоуна «реанимировала» этот сценарий, произведя гораздо более точное трёхмерное моделирование. На вычисления было потрачено более 60 миллионов часов стандартного процессорного времени. Это позволило установить важные аспекты взаимодействия между излучением и веществом, которые ускользали от внимания при использовании более простых моделей.
В этой симуляции, как и в ранних менее точных расчётах, средняя плотность внешних слоёв оказалась слишком низкой для создания «вылетающих пробок». Однако конвекция и перемешивание вещества приводили к тому, что возникали области достаточной плотности. Согласно вычислениям команды, такие области могут выдавливаться из звезды излучением.
Подобный выброс продолжается от нескольких дней до нескольких недель. Из-за этих «плевков» светило теряет до двух земных масс в год.
«Этот вывод представляет собой важный шаг вперёд в понимании жизни и смерти самых больших звёзд во Вселенной», — заключает Кантьелло.
Теперь исследователи планируют провести ещё более точное моделирование, учитывая новые эффекты. Например, можно принять во внимание вращение звезды, из-за которого «выдавить пробку» на экваторе легче, чем на полюсе (по аналогичной причине космодромы обычно строятся как можно ближе к экватору Земли).