Эта галерея изображений звездных ветров вокруг холодных стареющих звезд демонстрирует различные морфологии, включая диски, конусы и спирали. Синий цвет представляет материал, который приближается к вам; красный – это материал, который удаляется от вас. Кредит: © Л. Дечин, ESO / ALMA
Астрономы объясняют завораживающие формы планетарных туманностей. Открытие основано на необычном наборе наблюдений звездного ветра вокруг стареющих звезд. Вопреки общепринятому мнению, команда обнаружила, что звездные ветры не сферические, а имеют форму, аналогичную форме планетарных туманностей. Команда приходит к выводу, что взаимодействие с сопровождающей звездой или экзопланета формирует как звездные ветры, так и планетарные туманности. Результаты опубликованы в Наука.
Умирающие звезды набухают и остывают, в конечном итоге превращаясь в красных гигантов. Они производят звездные ветры, потоки частиц, которые изгоняет звезда, что приводит к их потере массы. Из-за отсутствия подробных наблюдений астрономы всегда предполагали, что эти ветры были сферическими, как и звезды, которые они окружают. По мере дальнейшего развития звезда снова нагревается, и звездное излучение заставляет расширяющиеся выброшенные слои звездного материала светиться, образуя планетарную туманность.
На протяжении веков астрономы были в неведении относительно наблюдаемого необычайного разнообразия красочных форм планетарных туманностей. Кажется, что все туманности обладают определенной симметрией, но почти никогда не имеют круглой формы. «Солнце, которое в конечном итоге станет красным гигантом, круглое, как бильярдный шар, поэтому мы задались вопросом: как такая звезда может иметь все эти разные формы?» – говорит автор-корреспондент Лин Дечин (KU Leuven).
Профессор Лин Дечин (KU Leuven) обсуждает, как ее команда открыла объяснение завораживающей формы планетарных туманностей. Их открытие основано на необычном наборе наблюдений звездного ветра вокруг стареющих звезд. Команда обнаружила, что звездные ветры имеют форму, аналогичную форме планетарных туманностей, и пришла к выводу, что взаимодействие с сопровождающей звездой или экзопланетой формирует как звездные ветры, так и планетарные туманности. Предоставлено: KU Leuven.
Ее команда наблюдала звездные ветры вокруг холодных красных гигантских звезд с АЛМА Обсерватория в Чили, самый большой радиотелескоп в мире. Впервые они собрали большую подробную коллекцию наблюдений, каждое из которых было сделано с использованием одного и того же метода. Это было очень важно, чтобы иметь возможность напрямую сравнивать данные и исключать систематические ошибки.
То, что увидели астрономы, их удивило. «Мы заметили, что эти ветры не являются симметричными или круглыми», – говорит профессор Дечин. «Некоторые из них на самом деле очень похожи по форме на планетарные туманности».
Товарищи
Астрономы даже смогли выделить разные категории форм. «Некоторые звездные ветры имели форму диска, другие – спирали, а в третьей группе мы определили конусы». Это явный признак того, что фигуры не были созданы случайным образом. Команда поняла, что другие, маломассивные звезды или даже тяжелые планеты в окрестностях умирающей звезды вызывают другие закономерности. Эти спутники слишком маленькие и тусклые, чтобы их можно было обнаружить напрямую. «Точно так же, как ложка, которую вы размешиваете в чашке кофе с небольшим количеством молока, может создать спиральный узор, спутник всасывает к нему материал, когда он вращается вокруг звезды и формирует звездный ветер», – объясняет Дечин.
Звездный ветер R Aquilae напоминает структуру лепестков розы. Фото: Л. Дечин, ESO / ALMA.
Команда воплотила эту теорию в модели, и действительно: форму звездных ветров можно объяснить окружающими их спутниками, и скорость, с которой холодная эволюционировавшая звезда теряет свою массу из-за звездного ветра, является важным параметром. Дечин: «Все наши наблюдения можно объяснить тем, что у звезд есть спутник».
До сих пор расчеты эволюции звезд основывались на предположении, что стареющие звезды, подобные Солнцу, имеют звездные ветры сферической формы. «Наши результаты сильно меняются. Поскольку в прошлом сложность звездных ветров не учитывалась, любая предыдущая оценка скорости потери массы старых звезд могла быть неверной до 10 раз ». В настоящее время команда проводит дальнейшие исследования, чтобы увидеть, как это может повлиять на расчеты других важных характеристик звездной и галактической эволюции.
Будущее Солнца
Исследование также помогает представить себе, как могло бы выглядеть Солнце, когда оно умрет через 7000 миллионов лет. «Юпитер или даже Сатурн – поскольку они имеют такую большую массу – будут влиять на то, будет ли Солнце проводить свои последние тысячелетия в центре спирали, бабочки или любой другой очаровательной формы, которую мы видим сегодня в планетарных туманностях », – отмечает Дечин. «Наши расчеты теперь показывают, что в звездном ветре старого умирающего Солнца образуется слабая спираль».
«Мы были очень взволнованы, когда исследовали первые изображения», – говорит соавтор Мигель Монтарж (KU Leuven). «Каждая звезда, которая раньше была просто цифрой, стала индивидуальностью сама по себе. Теперь для нас у них есть собственная идентичность. Это волшебство высокоточных наблюдений: звезды больше не просто точки ».
Исследование является частью проекта ATOMIUM, цель которого – узнать больше о физике и химии старых звезд. «Крутые стареющие звезды считаются скучными, старыми и простыми, но теперь мы доказываем, что это не так: они рассказывают историю о том, что происходит после. Нам потребовалось некоторое время, чтобы понять, что звездные ветры могут иметь форму лепестков роз (см., Например, звездный ветер Р. Аквилы), но, как сказал Антуан де Сент-Экзюпери в своей книге «Маленький принц»: «C» est le temps que tu as perdu pour ta rose, qui fait ta rose si importante ‘- «Время, потраченное на розу, делает ее такой важной», – заключает Дечин.
Ссылка: 17 сентября 2020 г., Наука.
DOI: 10.1126 / science.abb1229
