К чему приводят катастрофы в звездных скоплениях

К чему приводят катастрофы в звездных скоплениях

Интернациональная группа астрономов опубликовала в последнем выпуске журнала Nature работу, подтверждающую две общепринятые модели рождения аномально массивных звезд, замеченных во многих звездных скоплениях. К аналогичным выводам пришли два сотрудника астрономического факультета Висконсинского университета в Мэдисоне, чья статья появилась в том же выпуске журнала.

В русскоязычной литературе эти светила именуют по-разному — голубыми бродягами, голубыми дезертирами, голубыми страгглерами. Поскольку во всех этих названиях присутствует вызывающий сомнительные ассоциации цвет, я буду использовать общепринятое англоязычное сокращение BSS — blue straggler stars (см. Голубые отставшие звёзды). Они вовсе не обязательно отличаются голубизной своего света, просто их спектры смещены в сторону более коротких волн по сравнению со спектрами абсолютного большинства звезд, входящих в данное скопление.

Звезды со столь экзотическим титулом известны без малого шесть десятков лет. Впервые их обнаружил в 1953 году американский астроном Аллан Сэндейдж (Allan Sandage), который в следующем десятилетии прославился открытием квазаров, сделанным совместно с Томасом Мэтьюсом (Thomas Matthews). Сэндейдж обратил внимание на эти светила в ходе наблюдений яркого (видимая звездная величина 6,2) и чрезвычайно древнего (предполагаемый возраст 12 миллиардов лет) скопления M3, расположенного в 33 900 световых лет от Солнца в созвездии Гончих Псов. Поначалу их сочли аномалией именно этой звездной ассоциации, однако со временем BSS были выявлены и во многих других звездных кластерах. Сейчас по ним накоплена обширная статистика, согласно которой BSS встречаются практически во всех шаровых звездных скоплениях (Globular cluster), или «шаровиках», расположенных в галактических гало (см. Galactic halo). Они присутствуют и во многих открытых (в другой терминологии, рассеянных) скоплениях, которые наблюдаются в пределах дисковых зон спиральных и неправильных галактик.

Стоит отметить, что название globular cluster весьма старое, его 220 лет назад придумал Уильям Гершель. Астрономы узнали об их существовании во второй половине XVII века, хотя отдельные звезды в их составе были идентифицированы столетием позже. Типичный шаровик состоит из нескольких сотен тысяч или даже миллионов звезд со средним возрастом порядка 10 миллиардов лет. Они сильно связаны между собой гравитационными полями, вследствие чего шаровик на протяжении миллиардов лет обращается вокруг галактического центра как единое целое, сохраняя свою сферическую форму. Гигантские эллиптические галактики имеют многие тысячи шаровиков-спутников; в пределах Млечного Пути их выявлено порядка 150. В центральных областях крупных шаровиков на кубический парсек пространства в среднем приходится от 100 до 1000 звезд, в то время как на периферии кластера этот показатель падает на два-три порядка. Рассеянные звездные скопления (см. Open cluster), напротив, насчитывают всего лишь сотни или тысячи звезд и отличаются более диффузной структурой. Теперь перейдем к предмету настоящей заметки. Как рассеянные, так и шаровые скопления содержат в своем составе очень яркие звезды, которые выглядят гораздо моложе звездной группировки в целом. На диаграмме Герцшпрунга—Рассела (см. Hertzsprung–Russell diagram) скопления M3, которую я привожу для иллюстрации, они расположены левее и выше точки поворота, по прохождении которой все звезды, за исключением маломассивных красных карликов, начинают эволюцию к образованию красных гигантов либо сверхгигантов и их преемников (чаще всего белых карликов, намного реже нейтронных звезд либо черных дыр — финал зависит от первоначальной звездной массы). Вот в этом и состоит загвоздка. Посмотрим вновь на диаграмму Герцшпрунга—Рассела шаровика М3. Легко видеть, что слева от «колена» главной последовательности расположены голубые и белые звезды спектральных классов B и A (см. Stellar classification), чей возраст измеряется десятками или сотнями миллионов лет. Встает вопрос: откуда же они взялись в скоплении, которое возникло примерно 12 миллиардов лет назад? То же самое можно сказать и о других скоплениях, где имеются такие светила. Как утверждают общепринятые модели формирования звездных группировок, практически все звезды, составляющие то или иное скопление, являются ровесниками (в принципе, среди них могут быть и звезды-мигранты иного возраста, но их статистический вес очень невелик). Каким же образом там появились светила, которые должны были бы уже давно исчерпать свое водородное топливо? Наверное, можно не уточнять, что именно их и относят к семейству BSS.

В принципе, ответ ясен. Раз BSS никак не могли возникнуть одновременно с рождением вмещающего их скопления, то, значит, они вспыхнули намного позже. Отсюда следует, что внутри скоплений достаточно часто случаются события, в результате которых частично выгоревшие звезды скачкообразно увеличивают свою массу, разогреваются и, если так можно выразиться, голубеют.

Астрономы уже давно пришли к убеждению, что для таких событий существуют лишь два правдоподобных сценария. Один из них основан на том обстоятельстве, что многие BSS выявлены в центральных областях старых шаровиков, которые, как уже я уже говорил, отличаются особо высокой звездной плотностью. Это означает, что там вполне вероятны лобовые столкновения звезд, приводящие к их слиянию. Во второй половине 80-х годов были просчитаны компьютерные модели, из которых следует, что эти катаклизмы могут сопровождаться сравнительно небольшими выбросами звездного вещества в окружающее пространство. В таких случаях масса родившейся звезды лишь ненамного уступит суммарной массе звезд-предшественниц. В результате на свет родится звезда с большим резервом неистраченного водорода, которая войдет в число BSS.

Однако есть и другая возможность. Некоторые BSS обнаружены в малонаселенных зонах галактических гало, где шансы столкновений очень невелики. Согласно доминирующей точке зрения, они могли родиться только в результате так называемого звездного каннибализма. Их предшественниками были двойные звездные системы, иначе говоря, объединенные силой тяготения пары звезд, обращающиеся вокруг общего центра инерции (нельзя не подчеркнуть, что в космосе такие пары чрезвычайно типичны, в то время как одиночные звезды вроде нашего Солнца встречаются куда реже). Если их массы неодинаковы, более тяжелая звезда раньше сожжет в своем ядре весь водород и станет красным гигантом. Если вторая звезда находится не слишком далеко, она сможет своим притяжением перетянуть несгоревший водород из внешних слоев соседки и тем самым пополнить свои запасы термоядерного горючего. В результате после ряда переходных процессов возникнет BSS, гравитационно связанный с тем, во что превратится красный гигант (как я уже говорил, скорее всего это будет белый карлик). Почти наверняка таким путем возникли если не все, то многие BSS, обнаруженные в сравнительно пустынных участках гало Млечного Пути.

Конечно, звездный каннибализм вполне возможен и в центральных зонах как шаровиков, так и рассеянных скоплений, где тоже вполне хватает двойных систем. Кроме того, наличие звезд-соседей может увеличить нестабильность звездной пары и заставить обе ее компоненты столкнуться и претерпеть слияние. Как показывают опубликованные в начале 2009 года результаты статистического анализа распределения BSS в 56 шаровых скоплениях, каннибалистский сценарий рождения этих звезд скорее всего преобладает даже в центральных областях шаровиков.

Новые публикации в Nature убедительно подтверждают все эти выводы. Авторы первой из названных работ, Ф. Р. Ферраро (F. R. Ferraro) и его коллеги, с помощью орбитального телескопа имени Хаббла провели наблюдения BSS, входящих в состав шарового скопления M30. Они обнаружили, что эти звезды формируют на ГР-диаграмме скопления две близкие, но отдельные ветви. Авторы статьи полагают, что лежащая слева ветвь с более горячими звездами образована в ходе реализации коллизионного сценария, в то время как во второй ветви представлены чуть менее яркие светила, рожденные согласно сценарию звездного каннибализма. Наблюдения также показали, что свыше 80% выявленных BSS локализованы в пределах внутреннего ядра глобуляра. Интересно, что все изученные BSS родились в итоге партнерства довольно легких звезд, поскольку их типичная масса лишь в полтора раза превышает солнечную. Такие звезды светят миллиарды лет до своего превращения в красные гиганты, а затем в белые карлики, так что они могли возникнуть в весьма далеком прошлом. Авторы предполагают, что большинство изученных BSS родилось один-два миллиарда лет назад. По их мнению, кластер M30 мог тогда претерпеть гравитационное сжатие, которое заметно увеличило плотность звезд в его ядре.

Авторы второй работы, Роберт Матье (Robert Mathieu) и Аарон Геллер (Aaron Geller), в течение десяти лет отслеживали BSS удаленного на 5 тысяч световых лет рассеянного скопления NGC 188, который на земном небосводе лежит в созвездии Цефея и соседствует с Полярной звездой, отстоя от нее всего на 4 градуса. В своей работе они использовали 3,5-метровый телескоп WIYN Национальной обсерватории Китт Пик (Kitt Peak National Observatory) в штате Аризона. Скопление NGC 188, которое содержит около 130 звезд, сформировалось около 5 миллиардов лет назад (это древнейшее из всех известных рассеянных скоплений, которые обычно не старше нескольких сотен миллионов лет). Матье и Геллер тоже пришли к заключению, что в процессе рождения BSS задействованы все вышеперечисленные механизмы увеличения звездной массы, причем на первом месте стоит звездный каннибализм (16 из 21 BSS, которые наблюдали Матье и Геллер, с высокой степенью вероятности входят в бинарные системы). Им даже удалось обнаружить две BSS, обращающиеся вокруг друг друга. По мнению авторов, оба члена этой уникальной пары (их массы почти одинаковы, да и температуры разнятся очень незначительно, 6500 К и 6325 К) почти наверняка возникли независимо друг от друга в двух бинарных системах и затем вышли на гравитационно связанные орбиты, каким-то образом избавившись от своих прежних партнеров.

Как мне кажется, обе эти публикации представляют интерес не только в связи с проблемой генезиса BSS. Они, каждая по-своему, вновь продемонстрировали, насколько велика роль великих и малых катаклизмов в динамике Большого Космоса.

Источник: world-phenomena.ru

Похожие новости:
Астрономы обнаружили две планеты, похожих на Землю
В подавляющем большинстве случаев новые звезды рождаются внутри звездных скоплений. Одни звезды, включая наше Солнце, родились внутри малочисленных скоплений, которые достаточно быстро разваливаются на отдельные звездные системы. Другие звезды формируются в огромных скоплениях, имеющих ..
2013-07-3 1289 0 Космос
1
Астрономы: в космосе появляются планеты-бродяги
Британские и французские астрономы определили наиболее вероятные факторы, обуславливающие появление так называемых планет-бродяг. В мае 2011 года ученые подсчитали количество планет-бродяг - экзопланет, которые не вращаются вокруг конкретного светила. Для регистрации объектов использовалось явление гравитационного микролинзирования - изменение ..
2012-01-19 1969 0 Космос
0
Хаббл нашел множество фабрик звезд в ранней Вселенной
Американская орбитальная обсерватория "Хаббл" обнаружила несколько десятков карликовых галактик, в которых звезды формировались с феноменальной скоростью примерно 9 миллиардов лет назад, в эпоху "детства" Вселенной, сообщает официальный сайт телескопа.Европейские и американские астрономы обнаружили "фабрики звезд", изучая ..
2011-11-11 1520 1 Космос
0
Астрономы обнаружили новую галактику
Ученые заявляют, что многолетние наблюдения за деятельностью крупных "звездных ясель" зарождающихся в галактике показали, что такие звезды начинают свою жизнь только в случае, они находятся в окружении особого "водородного тумана", сжимающего газ внутри очагов звездообразования. Американским учёным с помощью ..
2013-12-11 1108 0 Космос
0
Российские и иностранные ученые объяснили нагревание плазмы в скоплениях галактик
Международный коллектив астрофизиков, в который входят ученые из России, изучил механизм поддержания температуры плазмы в центрах скоплений галактик. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature. В центрах скоплений галактик присутствует перегретая плазма температурой от десяти ..
2014-10-27 735 0 Космос
0
Астрономы продвинулись в исследовании формирования звезд
Космический телескоп Хаббл получил изображения массивного звездного скопления R 136 в Большом Магеллановом Облаке. R 136 представляет собой потенциальное место рождения очень массивных звезд.Используя компьютерное моделирование группа астрономов из Университета Бонна в Германии обнаружила первое свидетельство того, ..
2012-05-12 1000 0 Космос
0
Предложена модель вылета звезд-бродяг из звездных скоплений
Нидерландские астрономы построили модель вылета крупных и ярких звезд-"бродяг" из звездных скоплений, переживающих "бум звездообразования", и опубликовали свои выводы в журнале Science . Считается, что около 20% всех ярких и больших звезд в нашей Галактике двигаются с чрезмерно высокой скоростью. ..
2011-11-19 1214 0 Космос
0
Астрономы обнаружили вторую по размеру черную дыру в Млечном Пути
Группа астрономов под руководством Томогару Ока обнаружили вблизи центра Млечного Пути возможную черную дыру массой в 100 тысяч солнц, которая уступает только сверхмассивной черной дыре в ядре нашей галактики. Статья появилась в журнале Astrophysical Journal Letters.Ученые ..
2016-01-17 1066 0 Космос
1
Земле предрекли столкновение с Марсом
Геофизик Стивен Мейерс из Висконсинского университета в Мадисоне (США) допустил столкновение Земли и Марса через миллиарды лет. Об этом сообщает Scientific American.Мейерс и его коллеги пришли к выводу, что Солнечная система является хаотической системой, то есть ее поведение чувствительно к изменению ..
2017-03-26 4116 0 Космос
0
Звезды заподозрили в захвате планет-сирот
Астрономы из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики предположили, что миллиарды планет в нашей галактике могут оказаться планетами-сиротами, захваченными звездами на ранних этапах образования звездных систем. Работа принята к публикации в журнале The Astrophysical Journal, ее краткое описание можно прочитать на сайте ..
2012-04-19 1222 0 Космос
0
Выживший пилот о причинах катастрофы SpaceShipTwo
Пилот суборбитального корабля SpaceShipTwo, потерпевшего катастрофу над пустыней Мохаве в Калифорнии, выжил, упав с высоты 9 миль (около 14,4 км). Позже он рассказал о подробностях аварии, причиной которой стала ошибка его напарника. 31 октября испытания суборбитального корабля SpaceShipTwo ..
2014-11-13 1090 0 Космос
0
Галактика Центавра А оказалась значительно большей
Астрономы обнаружили, что гало галактики Центавра А (NGC 5128) простирается в космос значительно дальше, чем это считалось ранее. Кроме того, в исследованном гало содержится высокое содержание элементов тяжелее водорода и гелия, что нехарактерно для таких звездных систем, сообщается на сайте ..
2014-07-23 1207 0 Космос
0
Изучена ранняя предыстория Солнца
Астрофизики из Австралии, США, Бельгии, Германии, Японии, Великобритании, Канады и Венгрии изучили раннюю предысторию Солнца. Результаты своих исследований ученые опубликовали в журнале Science, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Университета Монаша в Мельбурне. Выводы работы ученых ..
2014-08-09 1017 0 Космос
0
Спиральная структура ранней галактики озадачила ученых
Астрономы при помощи телескопов "Хаббл" и "Кек" получили изображение ранней галактики, чье спиральное строение не соответствует современным представлениям о формировании звездных скоплений. Работа опубликована в журнале Nature, ее краткое содержание приводит ScienceNow. Ученые обратили внимание на галактику Q2343-BX442 в созвездии ..
2012-07-19 1350 0 Космос
0
Найдены склады коричневых карликов
Группа астрономов нашла в созвездиях Персея и Змееносца более 20 новых коричневых карликов, звезд-"неудачников", причем один из них всего в шесть раз тяжелее Юпитера. Группа Рэя Джайявардханы (Ray Jayawardhana) из университета Торонто с помощью телескопов Subaru и VLT (Very Large Telescope) исследовала туманности ..
2011-10-13 1318 0 Космос
0