Умирающая звезда выдохнула плазмой

На самом подробном снимке умирающей звезды Бетельгейзе ученые заметили огромный выброс размером с Солнечную систему. Его вполне могла породить конвекция — отдельные «пузыри» в атмосфере звезды, каждый в диаметре крупнее земной орбиты.

Одна из самых ярких звезд созвездия Ориона – его «левая подмышка», Бетельгейзе – совсем недавний гость на небе. Ей не больше десятка миллионов лет, и последний общий предок людей и горилл не мог увидеть этого светила. Но и задержится на небе оно недолго: Бетельгейзе – умирающая звезда. Она находится на одной из последних эволюционных стадий – стадии красного сверхгиганта, и должна взорваться как сверхновая в недолгой по космическим меркам перспективе.

Сверхгигантские вопросы

Правда, через сколько именно времени яркая, видимая даже при свете дня, сверхновая появится на небе, астрономы пока сказать не могут. Это могут быть и десятки лет, и многие тысячи. До конца теория строения и жизни красных сверхгигантов до сих пор не построена, и ответов на многие вопросы наука пока дать не может.

Один из таких вопросов – когда ждать взрыва. Другой – как Бетельгейзе и подобные ей красные сверхгиганты теряют громадное количество вещества на последних стадиях жизни. Темпы потери газа здесь могут измеряться миллиардами мегатонн в секунду, и с такой скоростью звезда может сбросить массу, равную солнечной, всего за 10 тысяч лет. Теория потери вещества красными сверхгигантами предсказывает огромное разнообразие возможных механизмов такого процесса, и разобраться, какой из них реализуется на деле, можно лишь при помощи прямых наблюдений.

Бетельгейзе прекрасно подходит для решения этой задачи. Это один из самых близких красных сверхгигантов, он расположен примерно в 640 световых годах от Земли. Светит Бетельгейзе, как 130 тысяч Солнц, так что с Земли выглядит звездой примерно нулевой величины (особенно если смотреть в красном спектральном диапазоне). Размер Бетельгейзе примерно в тысячу раз больше солнечного – если поместить ее на место нашего собственного светила, она поглотит орбиты всех планет земной группы и львиную долю главного пояса астероидов.

Очень большой выброс

В среду Южная Европейская Обсерватория (ESO) опубликовала результаты наблюдения Бетельгейзе с помощью одного из восьмиметровых зеркал Очень большого телескопа (VLT,Very Large Telescope) и трех телескопов поменьше. Работы двух независимых команд ученых приняты к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics и доступны в Архиве электронных препринтов Корнельского университета.

Очень большой телескоп, VLT - система телескопов на горе Параналь в Чили, принадлежащая (ESO). В VLT входят четыре телескопа с диаметром главного зеркала 8 метров – «Анту», «Йепун», «Куэйен» и «Мелипал», и несколько телескопов меньшего размера. «Йепун» оборудован одной из самых совершенных систем адаптивной оптики в мире. Телескопы VLT могут работать по отдельности или в режиме интерферометра.

Астрономы под руководством Пьера Кервеллы из Парижской обсерватории воспользовались методами адаптивной оптики, реализованными в оборудовании 8−метрового телескопа «Йепун» – одного из инструментов-близнецов квартета VLT. Изображения, которые портит турбулентность в земной атмосфере, ученые исправляли в реальном времени, используя специальную систему зеркал. Одно из них мелкими покачиваниями компенсировало дрожание звезды. Второе зеркало и вовсе гибкое, форму ему в реальном времени придавали 185 рычажков-актуаторов: это позволяет компенсировать действие воздушных линз, проносящихся над телескопом.

Высокая яркость Бетельгейзе позволила дополнить обработку еще одним трюком – методикой отбора самых удачных кадров (Lucky Imaging), каждый из которых делается с очень короткой экспозицией (порядка 10 миллисекунд). Чтобы построить окончательное изображение, Кервелла и его коллеги отбросили 90% кадров, а 10% самых лучших объединили и затем еще подвергли компьютерной обработке по алгоритму Ричардсона—Люси.

В итоге получилось изображение с разрешением примерно в 1/30 угловой секунды – лучше, чем у космического телескопа имени Хаббла, несмотря на то что VLT работал в «более грубых» красных лучах. На этом снимке и проявился странный выброс, простирающийся от звезды на юго-запад на расстояние минимум в шесть ее радиусов. В Солнечной системе такой выброс дотянулся бы до самой далекой из восьми планет – Нептуна. Так удалось однозначно установить, что вещество красные сверхгиганты теряют несимметрично.

Крупномасштабное бурление

Объяснить несимметричную потерю массы наиболее естественно двумя способами. Зачастую веществу легче стекать со звезды в направлении ее полюсов: во-первых, магнитное поле здесь мешает меньше всего, во-вторых, вокруг экватора часто находятся облака плотного газа.

С другой стороны, из теории следует, что в огромных и относительно холодных звездах вроде Бетельгейзе ячейки конвекции могут достигать очень больших относительных размеров. Это на Солнце они упакованы в плотные столбики так называемой грануляции, которых на солнечной поверхности умещаются миллионы. А в чайнике на газовой плите отдельные «пузыри бурления» могут оказаться размером чуть ли не с полчайника.

Судя по работе Кэити Онаки из боннского Института радиоастрономии германского Общества имени Макса Планка, именно механизм чайника на Бетельгейзе и реализуется. Онака и его коллеги получили спектроинтерферограммы Бетельгейзе с помощью трех вспомогательных 1,8−метровых телескопов, входящих в систему интерферометра Очень большого телескопа. Хотя вспомогательные телескопы кажутся малышами на фоне 8−метровых гигантов, вместе они давали такое же угловое разрешение, как один 42−метровый телескоп. Света, правда, собирали существенно меньше, но в случае с яркой Бетельгейзе это не проблема.

Такая конфигурация позволила достичь разрешения в 7 раз лучшего, чем получилось у Кервеллы. Правда, строить изображение Онака не стал, ограничившись анализом данных в нескольких спектральных линиях инфракрасного диапазона. Это исследование показало, что на Бетельгейзе присутствуют крупномасштабные движения газа со скоростью до 10−15 км/с.

По спектру видно, что, например, молекулы угарного газа (они отлично выживают в холодной атмосфере Бетельгейзе) в одних регионах приближаются к нам с указанными в предыдущем абзаце скоростями, в других – также быстро удаляются от нас. В общем, классическое конвективное перемешивание, только сами конвективные ячейки, те самые «пузыри» на Бетельгейзе оказываются размером с ползвезды. Это, кстати, около полумиллиарда километров.

Пузырь на выброс

По мнению астрономов, работа Онаки подсказывает, что выброс, найденный Кервеллой, вполне может иметь конвективное происхождение. Грубо говоря, один из гигантских пузырей лопнул и разбрызгал заключенную в нем энергию. Возможно, поднявшаяся к поверхности плазма была слишком горячей и не удержалась в звезде. Возможно, вырвавшееся с ней тепло осветило и нагрело газ над пузырем, сброшенный когда-то в прошлом.

Разобраться в механизме помогут лишь новые наблюдения и уточнение теоретических моделей. Нет сомнений, что астрономы будут еще не раз возвращаться к Бетельгейзе и наверняка смогут заметить изменения в структуре окружающего ее газа. Естественное для таких изменений время должно составлять годы. Примерно полгода-год нужно и для того, чтобы «продавить» свою заявку на наблюдения с VLT и VLTI.

А чего же ждать от Бетельгейзе при превращении в сверхновую? На этот вопрос может ответить история другой звезды, взрыв которой оказался настолько красивым, что приковал к себе взгляды сразу двух комических телескопов.

Артём Тунцов, Infox.ru