Пара зірок на початку фази загальної оболонки. У враженні цього художника ми отримуємо погляд із дуже близької до двійкової системи, в якій дві зірки щойно почали перебувати в одній атмосфері. Більша зірка, зірка червоного гіганта, створила величезну, прохолодну атмосферу, яка лише тримається разом. Менша зірка все швидше обертається навколо центру мас зірок, обертаючись навколо власної осі та драматично взаємодіючи з новим оточенням. взаємодія створює потужні струмені, які викидають газ з його полюсів, і повільніше рухоме кільце матеріалу на його екваторі. Авторство: Danielle Futselaar, artsource.nl
На відміну від нашого Сонця, більшість зірок живуть із супутником. Іноді двоє підходять так близько, що одне поглинає іншого – з далекосяжними наслідками. Коли команда астрономів під керівництвом Чалмерса використовувала телескоп ALMA вивчаючи 15 незвичайних зірок, вони з подивом виявили, що всі вони нещодавно пройшли цей етап. Відкриття обіцяє нове уявлення про найдраматичніші явища на небі, а також про життя, смерть і відродження серед зірок.
За допомогою гігантського телескопа ALMA в Чилі команда вчених під керівництвом Чалмерса вивчила 15 незвичайних зірок нашої галактики, Чумацький шлях, найближчі 5000 світлових років від Землі. Їхні вимірювання показують, що всі зірки подвійні, і всі нещодавно пережили рідкісну фазу, яка погано вивчена, але, як вважають, призведе до багатьох інших астрономічних явищ. Їхні результати опубліковані цього тижня в науковому журналі Nature Astronomy.
Направляючи антени ALMA до кожної зірки та вимірюючи світло від різних молекул поблизу кожної зірки, дослідники сподівалися знайти ключі до їхньої історії. Ці зірки, прозвані «фонтанами для води», були відомі астрономам через інтенсивне світло від молекул води, виробленого надзвичайно щільним і швидко рухається газом.
Розташований на висоті 5000 м над рівнем моря в Чилі, ALMA чутливий до світла з довжиною хвилі близько одного міліметра, невидимий для людського ока, але ідеальний для того, щоб дивитися крізь шари пилових міжзоряних хмар Чумацького Шляху на вкриті пилом зірки.
«Нас дуже зацікавили ці зірки, тому що, здається, вони викидають у космос велику кількість пилу та газу, деякі у вигляді реактивних літаків зі швидкістю до 1.8 мільйона кілометрів на годину. Ми думали, що зможемо знайти підказки про те, як створювалися реактивні літаки, але натомість ми знайшли набагато більше», – говорить Тео Хурі, перший автор нового дослідження.
Зображення ALMA зоряної системи W43A з фонтаном, що знаходиться приблизно в 7000 світлових роках від Землі в сузір’ї Орла Орла. Подвійна зірка в її центрі занадто мала, щоб її можна було розрізнити на цьому зображенні. Однак вимірювання ALMA показують, що взаємодія зірок змінила їхнє безпосереднє оточення. Два струмені, що викидаються з центральних зірок, видно синім (наближаються до нас) і червоним (віддаляються). Пилові хмари, захоплені струменями, показані рожевим кольором. Авторство зображення: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Д. Тафоя та ін.
Зірки втрачають до половини загальної маси
Вчені використали телескоп для вимірювання сигнатур молекул чадного газу CO в світлі зірок і порівняли сигнали від різних атомів (ізотопів) вуглецю та кисню. На відміну від дочірньої молекули вуглекислого газу, CO2, окис вуглецю відносно легко виявити в космосі, і він є улюбленим інструментом для астрономів.
«Завдяки вишуканій чутливості ALMA ми змогли виявити дуже слабкі сигнали від кількох різних молекул у газі, що викидається цими зірками. Коли ми уважно переглянули дані, то побачили деталі, які ми насправді не очікували побачити», – каже Тео Хурі.
Спостереження підтвердили, що всі зірки здували свої зовнішні шари. Але пропорції різних атомів кисню в молекулах вказують на те, що зірки в іншому відношенні не такі екстремальні, як здавалися, пояснює член команди Воутер Флеммінгс, астроном з Чалмерса.
«Ми зрозуміли, що ці зірки починали своє життя з такою ж масою, що й Сонце, або лише в кілька разів більшою. Тепер наші вимірювання показали, що вони викинули до 50% своєї загальної маси лише за останні кілька сотень років. З ними, мабуть, трапилося щось справді драматичне», – каже він.
Чому такі маленькі зірки так швидко втрачали масу? Усі докази вказують на одне пояснення, прийшли до висновку вчені. Усі вони були подвійними зірками, і всі вони щойно пройшли через фазу, коли дві зірки поділили одну й ту саму атмосферу – одна зірка повністю обіймалася іншою.
«На цій фазі дві зірки обертаються разом у свого роду коконі. Ця фаза, ми називаємо її фазою «загальної оболонки», насправді є короткою і триває лише кілька сотень років. З астрономічної точки зору, це закінчується в одну мить», – каже член команди Деніел Тафоя.
Більшість зірок у подвійних системах просто обертаються навколо спільного центру мас. Однак ці зірки поділяють ту саму атмосферу. Це може змінити життя зірки і навіть призвести до повного злиття зірок.
Підказки майбутнього
Вчені вважають, що такий інтимний епізод може призвести до деяких з найбільш вражаючих явищ на небі. Розуміння того, як це відбувається, може допомогти відповісти на деякі з найбільших питань астрономів про те, як живуть і вмирають зірки, пояснює Тео Хурі.
«Що станеться, щоб викликати вибух наднової? Як чорні діри наближаються настільки, щоб зіткнутися? Що робить красиві та симетричні об’єкти, які ми називаємо планетарними туманностями? Астрономи протягом багатьох років підозрювали, що звичайні оболонки є частиною відповідей на подібні запитання. Тепер у нас є новий спосіб вивчення цієї важливої, але таємничої фази», – каже він.
Розуміння фази загальної оболонки також допоможе вченим вивчити, що станеться в дуже далекому майбутньому, коли Сонце також стане більшою, холоднішою зіркою – червоним гігантом – і поглине найглибші планети.
«Наше дослідження допоможе нам зрозуміти, як це може статися, але це дає мені іншу, більш обнадійливу перспективу. Коли ці зірки обіймаються, вони посилають пил і газ у космос, які можуть стати інгредієнтами для майбутніх поколінь зірок і планет, а разом з ними – потенціалом для нового життя», – говорить Деніел Тафоя.
Оскільки 15 зірок, схоже, розвиваються в людському масштабі, команда планує продовжити спостереження за ними за допомогою ALMA та інших радіотелескопів. За допомогою майбутніх телескопів обсерваторії SKA вони сподіваються вивчити, як зірки формують свої джети та змінюють своє оточення. Вони також сподіваються знайти більше – якщо такі є.
«Насправді, ми вважаємо, що відомі «фонтани» можуть бути майже всіма системами такого роду у всій нашій галактиці. Якщо це правда, то ці зірки справді є ключем до розуміння найдивнішого, найчудовішого та найважливішого процесу, який можуть пережити дві зірки у спільному житті», – підсумовує Тео Хурі.
Довідка: «Ідентифікація зразка імовірних нещодавніх подій загальної оболонки» Тео Хурі, Воутера Х.Т. Влеммінгса, Даніеля Тафоя, Андреса Ф. Переса-Санчеса, Кармен Санчес Контрерас, Хосе Ф. Гомеса, Хіроші Імаї та Рагвендра Сахаї, 16 грудень 2021 р., Природа астрономії.
DOI: 10.1038/s41550-021-01528-4
Дослідження опубліковано в статті «Ідентифікація вибірки імовірних нещодавніх подій Common-Envelope» в астрономія природи, Тео Хурі (Чалмерс), Воутер Х.Т. Влеммінгс (Чалмерс), Даніель Тафойя (Чалмерс), Андрес Ф. Перес-Санчес (Лейденський університет, Нідерланди), Кармен Санчес Контрерас (Центр астробіології (CSIC-INTA), Іспанія), Хосе Ф. Гомес (Інститут астрофізики Андалусії, CSIC, Іспанія), Хіроші Імаі (Кагосімський університет, Японія) і Рагвендра Сахай (Лабораторія реактивного руху, Каліфорнійський технологічний інститут, США).
ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) — це міжнародний астрономічний об’єкт, створений партнером ESO, Національний науковий фонд США (NSF) та Національний інститут природничих наук (NINS) Японії у співпраці з Республікою Чилі. ALMA фінансується ESO від імені держав-членів, NSF у співпраці з Національною дослідницькою радою Канади (NRC) і Міністерством науки і технологій (MOST), а також NINS у співпраці з Academia Sinica (AS) на Тайвані. і Корейський інститут астрономії та космічних наук (KASI).
Чалмерс і Космічна обсерваторія Онсала брали участь у ALMA з моменту її створення; приймачі для телескопа є одним із багатьох внесків. У космічній обсерваторії Онсала знаходиться Північний регіональний центр ALMA, який надає технічну експертизу проекту ALMA та підтримує астрономів у північних країнах у використанні ALMA.
