Последний вальс: «Джеймс Уэбб» показал вращение туманности из пары умирающих звезд
В 2004 году в созвездии Наугольника была открыта необычная туманность с вихрящимся газовым облаком. Спустя 14 лет в ходе работы на Очень Большом Телескопе (Very Large Telescope, VLT) в Чили команда под руководством Джозефа Каллингема детально изучила объект, зарегистрированный в каталогах под индексом 2 XMM J160050.7–514245, особо отметив форму, которая напоминала змею, пожирающую свой хвост.
Ученые назвали туманность Апеп (Апофис), в честь египетского бога-змея, олицетворяющего мрак, зло и разрушения. В 2025 году команде наконец-то посчастливилось воспользоваться космическим телескопом «Джеймс Уэбб» (JWST) NASA для более глубоких и подробных наблюдений за Апепом.
Свои выводы они изложили в двух статьях на сервере препринтов arXiv (ссылки чуть ниже).
Гибель звезд
Перед тем как взорваться как сверхновые, самые массивные звезды Вселенной стремительно сбрасывают свои внешние водородные слои, обнажая тяжелые металлические ядра. Такие небесные тела называются звездами Вольфа-Райе в честь их первооткрывателей, которые обнаружили мощные потоки газа, вырывающиеся из этих объектов, значительно более мощные, чем звездный ветер нашего Солнца. Стадия Вольфа-Райе длится всего несколько тысячелетий — мгновение ока в космических масштабах, — после чего следует мощный взрыв.
В отличие от одиночки Солнца, многие звезды во Вселенной существуют парами, их семьи называются двойными (бинарными) системами. Более универсальный термин — кратные звезды, допускающий любое целое число больше единицы. Бинарность особенно характерна для самых массивных звезд, которые с большой вероятностью войдут в фазу Вольфа-Райе.
Когда авторы работы первоначально описывали Апеп в 2018 году, они отметили третью, более далекую звезду, пытаясь понять, является ли она частью системы или случайным «нарушителем» на линии обзора. Но тогда однозначно решить этот вопрос не удалось.
Когда яростные вихри обреченной звезды Вольфа-Райе сталкиваются с ветром своего более слабого компаньона, происходит резкое сжатие межзвездного вещества. В центре этой раскаленной бури, как в компрессоре сплит-системы, образуется плотная, сравнительно прохладная среда, в которой богатые углеродом ветры могут конденсироваться и превращаться в пыль. Первичная углеродная пыль в космосе — материал, из которого через миллиарды лет сформировались наши тела, образовалась именно таким образом.
Пыль из системы Вольфа-Райе выдувается почти по прямой линии, а орбитальное движение звезд превращает ее в спиралевидную туманность, которая, если смотреть сверху, похожа на воды из садового пульверизатора.
Ученые ожидали, что и Апеп будет похож на одну из этих элегантных туманностей в форме вертушки. Однако это оказалось не так.
Равные соперники
Новое изображение было получено с помощью инфракрасной камеры JWST, подобной тепловизионным прицелам, используемым охотниками или военными. Горячий материал представлен синим цветом, а холодный — зеленым и красным.
Оказывается, Апеп — это не просто поле заведомо неравной битвы, где мощная (хоть и умирающая) звезда-Голиаф обрушивается на безоружного Давида. Это две крупные звезды Вольфа-Райе! У соперников практически одинаковые по силе ветры, а пыль распространяется очень широким конусом.
Во время наблюдений астрономы обратили внимание, что пыль перемещалась в системе гораздо медленнее звездного ветра. Было сделано предположение, что пыль могла переноситься медленным, плотным ветром с экватора быстро вращающейся звезды. Это редко встречается у звезд первого (нынешнего) населения, но часто наблюдается у далеких звезд, относящихся к ранней Вселенной (второе и гипотетическое третье население).
Большой брат
Когда авторы работы первоначально описывали Апеп в 2018 году, они отметили третью, более далекую звезду, пытаясь понять, является ли она частью системы или случайным «нарушителем» на линии обзора. Но тогда решить этот вопрос не удалось.
Новые, гораздо более подробные данные JWST показывают, что в туманности Апеп есть еще три удаляющиеся пылевые оболочки. Каждая из них холоднее и тусклее предыдущей, и расположены совершенно равномерно на фоне кружащейся пыли.
Теперь нет сомнения, что в системе Апеп присутствует третья сила — супергигант, расположенный достаточно далеко от звезд Вольфа-Райе, но связанный с ними гравитационно. Оборот звезды C вокруг барицентра системы длится примерно 10 000 земных лет, в то время как время обращения звезд A и B составляет около 100 лет.
Новые данные, новые знания
Данные JWST теперь опубликованы и интерпретированы в двух статьях, одна из которых написана астрономом Калифорнийского технологического института Инуо Ханом, а другая — студентом магистратуры Университета Маккуори Райаном Уайтом.
В статье Хана объясняется, как охлаждается пыль в туманности, устанавливается связь между фоновой пылью и звездами переднего плана, а также предполагается, что звезды находятся дальше от Земли, чем мы предполагали. Это подразумевает их необычайную яркость, но ставит под сомнение первоначальное утверждение о медленных ветрах и быстром вращении.
Во второй статье Уайт продемонстрировал компьютерную трехмерную модель туманности и очень точно определил орбиты звезд-компаньонов. Он также заметил, что на пылевых оболочках есть «укус», как раз там, где на них должен был бы воздействовать ветер третьей звезды. Это доказывает, что семья Апеп — не просто пара близнецов, у них есть еще и третий отдельно живущий брат. Увы, вероятный взрыв в скором времени сверхновой не оставляет шансов ни одному из участников этого трио.
Еще в 2018 году исследователи высказали опасение, что коллапс в системе 2 XMM J160050.7–514245 чреват гамма-всплеском. Апеп расположен сравнительно недалеко, в 8000 световых лет от Земли, и мощное гамма-излучение может угрожать жизни на нашей планете. Принять меры в таких случаях невозможно — гамма-лучи распространяются со скоростью света и достигнут Земли одновременно с оптической вспышкой.
Однако уточненные расчеты показали, что направление потенциального гамма-джета расходится с лучом зрения земного наблюдателя более чем на 30°, что делает возможный всплеск неопасным для землян. Если он все же произойдет, это будет первое событие такого рода, наблюдаемое в нашей галактике.
Понимание таких систем, как Апеп, позволяет нам больше узнать о терминальной стадии звезд, динамике и морфологии тройных звездных систем и происхождении углеродной пыли. Системы Вольфа-Райе завораживают своей красотой и грандиозностью происходящих в них эволюционных и катаклизмических процессов.
