Астрономы подробно изучили умирающую звезду W Hydrae, получив пятьдесят семь уникальных изображений её атмосферы в различных молекулярных спектральных линиях. Эти наблюдения дают наиболее детализированное представление о процессах, происходящих при завершении жизни звезды средней массы, и помогают уточнить моделирование того, как в будущем будет развиваться и Солнце после истощения водородного топлива.
Цель исследования: изучить процесс звездной смерти
W Hydrae — это красный гигант типа AGB (Asymptotic Giant Branch), находящийся примерно в 320 световых годах от Земли. Такие звезды достигли поздней стадии эволюции после того, как сожгли запасы водорода и гелия в своей центральной части, а их внешние слои расширились во много раз. Наблюдение за такими объектами позволяет учёным получить данные о том, как звезда теряет массу, формирует пыль и обогащает межзвёздное пространство материалом, необходимым для формирования новых звёзд и планет.
Метод наблюдений
Команда исследователей использовала радиоинтерферометр ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) — систему из 66 параболических антенн, расположенную в пустыне Атакама (Чили). ALMA наблюдала молекулярные спектральные линии, то есть специфические длины волн, отражающие свойства различных химических соединений в атмосфере W Hydrae.
Каждая молекула испускает или поглощает свет на характерных длинах — так называемых оптических «отпечатках» (spectral lines). Изучение 57 таких линий позволило исследовать разные слои звёздной атмосферы и выявить изменение структуры и движения газа на различных расстояниях от ядра звезды.
Основные результаты
Разнообразие структур
Наблюдения обнаружили «комки», дуги и газовые выбросы в атмосфере W Hydrae, причём их вид существенно меняется в зависимости от молекулярного спектра. Эти структуры отражают турбулентность, ударные волны, пульсации и тепловые процессы, происходящие на поздней стадии жизни звезды.
Такие данные дают возможность заполнять пробелы в понимании того, как именно звезда теряет массу — процесс, который является одной из самых сложных проблем в астрофизике умерших или умирающих светил.
Взаимосвязь газа и пыли
Сравнение данных ALMA с наблюдениями, выполненными инструментом SPHERE на очень большом телескопе VLT, показало прямую связь между распределением молекул и формированием космической пыли. Эти данные получены с интервалом в девять дней, что позволило связывать газовую химию и процессы образования твёрдых частиц почти в реальном времени.
Некоторые молекулы — например, оксид кремния (SiO), водяной пар и оксид алюминия — определяются в тех областях вокруг звезды, где наблюдаются плотные скопления пыли. Это указывает на то, что именно эти химические соединения участвуют в процессе роскообразования — перехода газа в пылевые зерна.
Другие молекулы — сернистый монооксид (SO), диоксид серы (SO₂) и оксид титана — также локализуются в областях с пылью, что делает их потенциально важными для понимания химического пути образования твёрдых частиц при гибели звезды.
Динамика газа: давние вопросы астрофизики
Анализ скорости движения газа вокруг W Hydrae выявил слоистую динамику: более близкие к ядру слои движутся наружу со скоростью порядка 36 000 км/ч, тогда как внешние слои газа движутся внутрь со скоростью около 46 000 км/ч. Это создаёт постоянное взаимодействие между слоями и отражает сложную природу движения в атмосфере красного гиганта.
Такая детальная информация является редкой, поскольку ранее было сложно получить пространственно разрешённые данные, показывающие как движение, так и химический состав газовых потоков в атмосфере звёзд AGB.
Что это означает для будущего Солнца
Совремные модели звёздной эволюции предсказывают, что Солнце через примерно 5 миллиардов лет также превратится в красного гиганта, расширив свою внешнюю оболочку на внутренние планеты Солнечной системы и потеряв значительную часть своей массы. Изучение W Hydrae даёт возможность проверить эти модели на реальных наблюдениях и уточнить физические процессы, которые будут происходить при гибели Солнца.
Уточнение механизмов потери массы, образования пыли и динамики газовых оболочек позволит лучше предсказывать, как изменится структура Солнечной системы на поздней стадии жизни нашей звезды и каким образом её вещество обогатит межзвёздное пространство.
Научная и практическая значимость
Работа по наблюдению W Hydrae является важным шагом в решении многолетних задач астрофизики, связанных с поздними стадиями жизни звёзд. Возможность получать пространственно разрешённые спектральные данные на множестве молекулярных линий открывает путь для более точных моделей и улучшения понимания процессов потери массы и образования пыли в интерстеллярной среде.
Эти процессы связаны не только с жизненным циклом отдельных звёзд, но и с космическим круговоротом вещества: умирающие звёзды обогащают окружающее пространство тяжёлыми элементами, которые затем становятся частью новых звёзд, планет и астрофизических структур.
Заключение
Новые наблюдения W Hydrae с помощью ALMA и последующий анализ спектральных линий молекул дают учёным небывалое представление о конечных этапах жизни звезды средней массы. Разнообразие и динамика структуры атмосферы, химический состав газовых потоков и синхронность формирования пыли позволяют уточнить теории о звёздной смерти и предсказать эволюцию Солнца в далёком будущем.
Источники:
Статья создана по материалам https://www.space.com/astronomy/stars/57-ways-to-capture-a-dying-star-astronomers-get-a-glimpse-of-what-will-happen-when-our-sun-dies
