Международная группа астрономов из Университета технологии Чалмерса (Швеция) представила результаты, которые коренным образом меняют представление о механизмах звёздных ветров — потоков материи, выбрасываемых стареющими звёздами и распространяющих по галактике углерод, кислород, азот и другие элементы, необходимые для формирования планет и, в конечном итоге, жизни.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Astronomy & Astrophysics и основаны на наблюдениях ближайшей красной гигантской звезды R Doradus при помощи спектрополяриметра SPHERE на Очень Большом Телескопе (VLT) в Чили.
Зачем изучать красные гиганты
Красные гиганты — это звёзды на поздних этапах своей эволюции, превосходящие по размеру и светимости Солнце, но остывшие и расширившиеся после исчерпания водородного запаса в ядре. Они теряют значительные количества материи в виде звёздного ветра — потока газа и пыли, который обогащает межзвёздное пространство элементами, образовавшимися в недрах звезды.
До сих пор считалось, что причиной этого выброса являются давление и действие света звезды на крупные частицы пыли, возникающие в её атмосфере. Давление фотонов на такие частицы должно, согласно классической модели, «заталкивать» их наружу, а вместе с ними и окружающие их газы. Эта концепция была центральной в модели образования и распространения элементов, необходимых для формирования сложных молекул и будущих планет.
Что именно обнаружили учёные
Команда исследователей провела измерения, анализируя поляризованный свет, отражённый от пылевых частиц вокруг звезды R Doradus. Отражённый свет позволяет оценить размер и состав частиц пыли, находящихся вблизи звезды.
Выяснилось, что частицы пыли чрезвычайно малы — их диаметр составляет около 0,0001 мм, что намного меньше, чем предполагалось ранее. Такие крошечные частицы не могут испытывать достаточное давление от фотонов, чтобы быть выброшенными наружу из звёздной атмосферы вместе с газом. Это означает, что свет и пылевые частицы сами по себе не создают достаточно силы для формирования мощных звёздных ветров, наблюдаемых у R Doradus и аналогичных красных гигантов.
Этот результат был получен путём сочетания наблюдений с аппаратов наземного наблюдения и численного моделирования взаимодействия света и частиц пыли в атмосфере звезды, что позволило оценить реальные физические условия вокруг неё.
Почему это изменение важно
До настоящего времени механизм выброса вещества из красных гигантов оставался недостаточно подтверждённым экспериментально. Новые данные разрушают классическую картину: ранее пылевые частицы считались основным «толчком» для образования ветров, но их размеры слишком малы, чтобы эффективно переноситься давлением света.
Tобразное объяснение было ключевым элементом в моделях, описывающих то, как тяжёлые элементы начинают своё путешествие в галактике и становятся доступными для включения в состав новых звёзд, планет и потенциально — для биохимических процессов. Теперь учёные рассматривают альтернативные механизмы, которые должны обеспечивать выброс вещества:
- всплывающие пузырьки конвекции в атмосфере звезды, которые могут переносить материю наружу;
- пульсации звезды, связанные с её внутренней динамикой;
- локальные крупномасштабные процессы образования пыли, происходящие неравномерно и коллективно обеспечивающие давление, достаточное для выброса массы.
Кроме того, более ранние наблюдения той же R Doradus, выполненные радиотелескопом ALMA, уже свидетельствовали о сложных движениях газовых пузырей в верхних слоях звезды, что могло указывать на важность гидродинамических процессов в формировании звёздных ветров.
О звезде R Doradus
R Doradus — красный гигант, находящийся на расстоянии около 180 световых лет от Земли в созвездии Дорадо. Она принадлежит к классам звёзд с изменчивой яркостью и характеризуется устойчивой потерей массы. По оценкам, каждые десять лет она теряет массу, эквивалентную примерно трети массы Земли.
Такие процессы происходят в поздней фазе эволюции звезды, называемой асимптотической гигантской ветвью (AGB). В этом состоянии звезда уже завершила основное горение водорода и гелия и теряет внешние слои, которые затем становятся частью межзвёздной среды.
Понимание механизмов, регулирующих потерю массы у красных гигантов, важно не только для теории эволюции звёзд, но и для космохимии — изучения распределения химических элементов в галактике. Практически все тяжёлые элементы, образовавшиеся в недрах звёзд, попадают в межзвёздное пространство через такие ветры, а затем становятся строительными блоками для следующего поколения космических объектов.
Научные и практические последствия
Новое исследование демонстрирует, что простая модель, основанная на давлении света, не объясняет наблюдаемых скоростей и массовых потоков красных гигантов, что побуждает астрофизиков к пересмотру фундаментальных моделей звёздной эволюции и транспорта вещества в галактике.
Это имеет прямое влияние на следующие направления:
- модели химического обогащения галактики, поскольку скорость и объём массы, выбрасываемой звёздами, влияют на распределение элементов;
- предсказания эволюции звёзд разной массы, поскольку механизмы потери массы являются ключевым фактором в продолжительности и результатах стадии AGB;
- исследования происхождения солнечной системы и других планетных систем, так как компоненты, из которых они формировались, ранее могли проходить через сложные циклы перераспределения в гелиефере.
Заключение
Результаты анализа звезды R Doradus показывают, что западная модель распределения элементов через давление света и пыль недостаточна для объяснения механизма звёздных ветров красных гигантов. Новые наблюдения вызвали необходимость искать дополнительные, более сложные процессы, обеспечивающие перенос массы в космос.
Это открытие меняет ключевые аспекты нашего понимания того, как жизненно важные элементы распределяются во Вселенной — от эволюции звёзд до формирования новых космических структур.
Источники:
Статья создана по материалам https://www.eurekalert.org/news-releases/1110570
