[Перевод] Звезда стала ярче в 1000 раз, и теперь астрономы знают, почему
Снимок одной из двух звёзд в бинарной системе FU Orionis, окружённой аккреционным диском вещества.
В 1937 году астрономы были удивлены, когда звезда в бинарной паре внезапно стала ярче в 1 000 раз. Эта пара называется FU Orionis (FU Ori) и находится в созвездии Ориона. Внезапная и экстремальная изменчивость одной из звёзд не поддаётся убедительному объяснению, и с тех пор «FU Orionis» стали называть и другие звёзды, демонстрирующие подобную сильную изменчивость.
Звезда, о которой идёт речь, называется Orionis North и является центральной звездой этой пары. Астрономы наблюдали подобное увеличение яркости у старых звёзд, но не у молодых, таких как FU Ori. Молодой звезде всего около 2 миллионов лет.
Астрономы, работающие с ALMA (Atacama Large Millimetre-submillimetre Array), обнаружили причину переменной яркости Fu Ori. Своё исследование они опубликовали в журнале Astrophysical Journal. Исследование называется «Открытие аккреционного потока и медленного широкоугольного потока вокруг FU Orionis», а его ведущим автором является Антонио Хейлс, заместитель руководителя Североамериканского регионального центра ALMA и учёный из NRAO.
Вот что учёным известно о звёздах FU Ori (FUor) и их переменности. Они становятся ярче, когда их гравитация затягивает газ в аккреционный диск. Слишком большое количество массы может дестабилизировать диск, и когда материал попадает в звезду, она становится ярче. Но они не понимали, почему и как это происходит.
«FU Ori почти 100 лет поглощала материал, чтобы поддерживать свои выбросы [плазмы]. Наконец-то мы нашли ответ на вопрос, как эти молодые вспыхивающие звёзды пополняют свою массу», — объясняет ведущий автор работы Хейлз. «Впервые у нас есть прямые наблюдательные доказательства наличия материала, подпитывающего выбросы».
ALMA — крупнейший в мире радиотелескоп. Он представляет собой интерферометр с 66 отдельными антеннами, которые можно перемещать по земле, чтобы создать эффект «увеличения». Эта мощная обсерватория помогла многим астрономическим наукам.
В этом исследовании ALMA обнаружил длинный поток угарного газа, который, похоже, падает в FU Ori. Исследователи не считают, что в этом потоке достаточно материала для поддержания нынешней вспышки звезды. Но он может быть остатком прошлого эпизода. «Возможно, взаимодействие с более крупным потоком газа в прошлом привело к тому, что система стала нестабильной и вызвала рост яркости», — объясняет Хейлз.
На этом рисунке из исследования показаны выбросы 12CO и 13CO, обнаруженные ALMA. Цвета обозначают скорость. Отмечены потоки впадающего газа CO. «Вытянутая картина не связана ни с крупномасштабным молекулярным оттоком, ни с внутренним вращением диска и больше похожа на аккреционные потоки, о наличии которых вокруг молодых звёздных объектов недавно сообщалось», — поясняют авторы.
Нынешняя вспышка создаёт сильный звёздный ветер, который взаимодействует с оболочкой из материала, оставшегося после образования звезды. Ветер сотрясает оболочку, поднимая вместе с ней угарный газ. Именно CO и обнаружил ALMA.
Художественное изображение крупномасштабного вида FU~Ori. На изображении показаны потоки, возникающие при взаимодействии сильного звёздного ветра, вызванного вспышкой, и остаточной оболочки, из которой сформировалась звезда. Звёздный ветер вызывает сильную ударную волну в оболочке, и ALMA как раз обнаружил газ CO, вздымаемый ударной волной. На вставке — изображение потока CO, обеспечивающего приток массы в FU Ori.
В этой работе сыграла свою роль способность ALMA работать в различных конфигурациях и на разных длинах волн. Это позволило команде обнаружить различные типы выбросов и определить массу, поступающую в FU Ori. Они сравнили результаты наблюдений с моделями потоков массы и аккреционных потоков. «Мы сравнили форму и скорость наблюдаемой структуры с тем, что ожидается от следа падающего газа, и цифры оправдались», — говорит Аашиш Гупта, кандидат наук в Европейской южной обсерватории (ESO). Гупта является соавтором этой работы и разработал методы, использованные для моделирования аккреционного потока.
На этом изображении из исследования показаны результаты моделирования (зелёная линия), наложенные на данные ALMA. Моделирование потоков точно соответствует данным. ''Результаты моделирования позволяют предположить, что морфология и профиль скорости наблюдаемого потокового излучения могут быть хорошо представлены как шлейф падающего газа'', — пишут авторы в опубликованном исследовании.
Исследователи измерили количество материала, втекающего в FU Ori через поток. За миллион лет в молодую звезду втекает около 0,07 массы Юпитера, который примерно в 318 раз массивнее Земли. Это означает, что мощность потока FU Ori ниже, чем у потоков вокруг других протозвёзд класса 0. «Это позволяет предположить, что наблюдаемому потоку потребуется около 100 млн лет для восполнения массы диска, что как минимум на порядок больше типичного времени жизни диска», — отмечают авторы.
При этом через поток поступает недостаточно материала, чтобы вызвать вспышки. «Поток должен быть более массивным, чтобы поддерживать скорость аккреции при вспышках FU Ori (на несколько порядков). Предполагаемая скорость падения массы потока не является даже достаточно массивной для поддержания скорости звёздной аккреции в состоянии покоя», — объясняют авторы.
Вместо этого падающий материал вызывает нестабильность диска, которая, в свою очередь, доставляет на FU Ori достаточно материала, чтобы вызвать вспышки. «Анизотропное падение, события захвата облаков, неоднородная доставка материала и накопление материала вокруг пылевых ловушек — всё это может привести к нестабильности диска, которая может вызвать аккреционные вспышки», — пишут Хейлз и его соавторы. Они не могут с уверенностью сказать, происходит ли именно это. Это потребовало бы дополнительного моделирования, которое выходит за рамки данной работы.
ALMA также заметила ещё один медленный поток движущегося СО. Он исходит от звезды, а не падает на неё. Хейлз и его коллеги считают, что этот поток похож на потоки, исходящие от других молодых протозвёздных объектов, и не связан с их яркостью. «Наблюдения ALMA впервые выявили наличие крупномасштабных, широкоугольных биполярных потоков вокруг протозвёзды класса FU Ori», — пишут исследователи в своей статье.
Любопытно, что астрономы обнаруживали эти потоки от других звёзд FUor, но никогда — у самой FU Ori. Они исходят от северной FU Ori, звезды, яркость которой очень сильно увеличивается.
«Предыдущие поиски молекулярных потоков вокруг FUor, в основном с помощью одноракурсных телескопов, сообщали об оттоке материала из многих FUor, но не смогли обнаружить потоки, возникающие из прототипа класса FUor», — пишут исследователи в своей работе. «Отсутствие обнаружений привело нас к убеждению, что вокруг системы FU Ori не существует молекулярных потоков. Наше открытие положило конец этой загадке, чётко продемонстрировав наличие молекулярного оттока от самой FU Ori».
Понимание молодых звёзд очень важно, поскольку их поведение определяет формирование планет. Усиление яркости FU Ori может оказать определяющее влияние на планеты, формирующиеся вокруг звезды.
«Понимая, как образуются эти своеобразные звёзды FUor, мы подтверждаем то, что знаем о том, как формируются различные звёзды и планеты», — объясняет Хейлз. «Мы считаем, что все звёзды склонны к вспышкам. Эти вспышки важны, потому что они влияют на химический состав аккреционных дисков вокруг зарождающихся звёзд и планет, которые они в конечном итоге формируют».
По мнению авторов, их исследование демонстрирует, как мощная обсерватория ALMA вносит уникальный вклад в астрономические исследования. «Эти результаты демонстрируют ценность многомасштабных интерферометрических наблюдений для углубления нашего понимания системы вспышек FU Ori и позволяют по-новому взглянуть на сложное взаимодействие физических механизмов, управляющих поведением звёзд типа FU Ori и многих других типов вспышек», — заключают авторы.
