[Перевод] Спросите Итана №40: кто там притворяется сверхновой?
Читатель спрашивает:
Мне хотелось бы побольше узнать про космические объекты, которые можно спутать со сверхновыми. Мой любимый объект. Эта Киля как раз относится к этому типу. Очень сложно найти материал по этому вопросу. Удивительно, что эти объекты могут выбрасывать такое количество массы и продолжать существовать.
Начнём с тех самых сверхновых, которыми притворяются эти объекты.
Время от времени очень тусклая звезда в нашей галактике (и в принципе, в любой галактике), которую обычно даже не видно невооружённым глазом, внезапно становится настолько яркой, что может стать ярче всех остальных звёзд на небе. В прошлом они могли сиять даже ярче, чем планеты, и становиться видимыми даже днём. Изначально их называли «stella nova» («новая звезда» на латыни), и эти вспышки сверхновых на самом деле были большими событиями, сообщавшими об окончании жизни звезды.
Получаются они в разных случаях, например:
- У очень массивной звезды кончается топливо, которое сжигается с выделением энергии через ядерный синтез в ядре; звезда коллапсирует и взрывается
- Белый карлик, бывшая звезда класса Солнца, превратившийся в смесь углерода, кислорода и кремния, приобретает дополнительную массу, сжимается под собственным весом и запускает неуправляемую реакцию синтеза, разрывающую звезду
- Два белых карлика соединяются или сталкиваются, что опять-таки приводит к реакции, разрывающей их на части
В любом случае происходит выделение огромного количества энергии за очень небольшой промежуток времени. За несколько дней выделяется столько же энергии, сколько Солнце излучает за 10–12 миллиардов лет. И в любом случае изначальная звезда погибает, оставляя либо нейтронную звезду, либо чёрную дыру, либо просто облако ионизированной плазмы и газа.
Но иногда можно наблюдать очень яркое явление, сохраняющееся на небе не днями или неделями, а годами. И после этого звезда становится менее яркой, чем была до этого, но всё равно полностью не исчезает. Упомянутая в вопросе η Carinae была первой звездой, и единственной из нашей галактики, показавшей такое поведение.
Давайте разберёмся с её историей.
В большинстве созвездий астрономы называют самую яркую звезду «альфа», следующую по яркости «бета», и т.д. Поэтому Канопус, ярчайшая звезда в созвездии Киля, она же — вторая по яркости на всём небе, зовётся α Carinae, вторая по яркости, Миаплацидус — β Carinae, и далее по греческому алфавиту. Таким образом, большую часть наблюдений η Carinae была седьмой по яркости.
Но сегодня вы не увидите её в небе, даже самом тёмном и даже с идеальным зрением.
В этом районе неба полно звёзд, и он расположен в плоскости Млечного пути, где формируются звёздные кластеры. Но что же произошло с этой звездой? В 1837 году звезда претерпела сильное извержение, стала ярче, чем обычно, –, но не такой яркой, как сверхновая,- на период в 21 год. На пике яркости в 1843 году её назвали псевдо-сверхновой (это был первый такой случай), и тогда она стала второй по яркости звездой в небе, даже ярче Канопуса, который в том созвездии был альфой.
На пике яркости небо вокруг созвездия скорее всего выглядело так, как просчитано на этой компьютерной симуляции:
С 1837 по 1858 она оставалась яркой, а затем потускнела. К концу 1860-х её уже было не увидеть невооружённым глазом, а затем она снова стала ярче, и снова потухла в 1880-х — 1890-х, и за последние 100 лет понемногу набирает яркости, хотя её до сих пор не увидеть без бинокля.
Так в чём причина такого поведения? Оказывается, многое можно узнать, глядя на η Carinae и её окружение и сегодня. Поскольку этот регион богат пылью, лучше всего смотреть на него в инфракрасном свете.
В этом регионе много пыли и формирующихся звёзд, а в центре находится звёздный кластер — Туманность Киля. А яркий объект в левом нижнем углу — псевдо-сверхновая, η Carinae. Неудивительно, что она молодая, яркая и массивная. Ведь именно в новых звёздных кластерах можно найти самые массивные звёзды во Вселенной. И это неудивительно, поскольку живут они всего лишь несколько миллионов лет.
η Carinae — одна из самых массивных известных нам звёзд, и возможно самая массивная из известных в нашей галактике. Её масса составляет 100–150 солнечных. Только в кластере R136 в Туманности Тарантула наблюдаются более массивные звёзды, самая массивная из которых тянет на 260 солнечных масс.
Конечно, самые массивные звёзды быстрее всего расходуют своё горючее, и умирают в виде сверхновых раньше всех остальных. Но если звезда становится слишком массивной и асимметричной, или приобретает другую нестабильную особенность, то с ней может случиться такое явление, при котором ядерный каскад случается внутри звезды, и не уничтожает её.
Вместо этого случается массивный выброс материи, но звезда остаётся целой и продолжает сжигать горючее, имея уже меньшую массу, так, будто ничего и не произошло. И если мы посмотрим сегодня на η Carinae, то именно это и увидим.
Эта фотография, сделанная телескопом Хаббла, показывает двойную туманность и внешние края региона, заполненного разлетевшимся газом и плазмой. Вся материя в сумме весит примерно в 20 раз больше нашего Солнца. При этом в центре всё ещё находится яркая голубая звезда.
Превратится ли она когда-нибудь в сверхновую? Разумеется. А скоро ли это случится? Возможно.
В галактике UGC 4904 есть псевдо-сверхновая, открытая в 2004 году. Звезда, определённая как яркая голубая переменная (а η carinae определяется точно так же), повысила яркость и исторгла из себя массу, затем медленно потускнела, а через два года погибла во взрыве гиперновой.
Поэтому псевдо-сверхновое событие можно расценить как предварительную дрожь перед землетрясением — знак того, что вскоре последует более серьёзное событие. Но другие яркие голубые переменные не превращаются в сверхновые мгновенно. Например, P Лебедя в нашей галактике, ставшая очень яркой в 17-м веке, до сих пор остаётся стабильной.
Так что мы видим, когда смотрим на псевдо-сверхновую? Ультрамассивную, ультраяркую голубую звезду (по меньшей мере в 50 раз массивнее Солнца), сжигающую своё топливо ярче, чем все новые звёзды, которые мы видели, но не так ярко, как сверхновые — например, как эта, расположенная в Месье 99:
Отчего же происходит выброс массы? Вот некоторые из ведущих идей:
- один из слоёв звезды расходует своё топливо, сжимается и распространяет колебания по всему телу звезды, что приводит к дополнительному синтезу, выработке энергии и взрыву
- звезда переходит от яркой голубой к звезде Вольфа-Райе. R136a1, самая массивная из известных, является примером такой звезды
- сверхмассивная звезда-компаньон запускает процесс выброса
Интересно, что некоторые другие теории по этому поводу были опровергнуты как раз благодаря световому эхо от вспышки звезды в 1837 году — отражение древнего света от облаков межзвёздного газа начало доходить до нашей планеты, и позволило нам лучше разобраться в определённых свойствах хотя бы конкретно этой псевдо-сверхновой.
В следующие 10–15 лет мы сможем узнать ещё больше об этом событии. Вот, что нам уже известно:
- Взорвавшаяся туманность распространяется со скоростью 210 км/с, что гораздо медленнее, чем обычная сверхновая
- температура взрыва составила 5000 К, что гораздо меньше, чем считалось ранее, и даже меньше, чем это было просчитано в современных теоретических моделях
- не наблюдается спектральных линий излучения — только поглощения, что исключает модель «непрозрачных звёздных ветров». Как написано в статье про это событие:
- «причина возникновения взрыва и потери массы до сих пор неясна, но данные моделей переноса излучения, пытающихся предсказать выброс массы η Carinae, теперь можно сопоставить со спектральными наблюдениями. Альтернативные модели, например те, что включали аккреционный диск от звезды-компаньона, теперь можно подтвердить и опровергнуть».
