Редкие звезды-вертушки — красивая астрономическая загадка

May 23, 2024

Обреченный класс звезд под названием Вольф-Райец создает загадочные вертушки.

Астрономы склонны использовать превосходные степени, когда говорят о невероятно горячих и ярких звездах, известных как Вольф-Райец, которые являются одними из крупнейших, самых горячих и редких звезд во Вселенной. Считается, что Вольф-Райетс — это заключительный, мимолетный этап в жизни самых массивных звезд — тех, которые начинают жизнь с массой от 20 до более чем 200 раз больше солнечной. Эти тяжеловесы синего цвета и невероятно светящиеся, они быстро сжигают огромные запасы водородного топлива с энергичной жизнью и смертью. Когда они сгорают, они выбрасывают огромное количество массы в виде плотных, быстрых ветров, дующих с поразительной скоростью. Когда у них заканчивается это топливо, эти звезды разрушаются под действием собственной гравитации в результате катастрофических событий, которые мы наблюдаем как сверхновые.

Их экстремальный характер характеризует их как небесных изгоев, которые группируются на границах основной карты астрономии, диаграммы Герцшпрунга-Рассела, которая отображает звезды по их яркости и температуре. Вольф-Райец возвышается над «главной последовательностью» диаграммы, где собираются обычные звезды. Это раздутые монстры с температурой поверхности, которая может превышать 200 000 Кельвинов (в 30 раз выше, чем у Солнца), и радиационными полями, которые могут затмить Солнце более чем в миллион раз.

Отличительная черта звезды Вольфа-Райе — низкое содержание водорода — оказывается предвестником гибели. После того, как звезда исчерпает свой водород, она начнет сжигать другие виды топлива, например гелий, но это принесет звезде лишь скромную отсрочку исполнения приговора. Жизнь Вольфа-Райе измеряется миллионами лет, а иногда и гораздо меньше. Это мгновение по сравнению с продолжительностью жизни нашего Солнца в 10 миллиардов лет. А поскольку массивные звезды уже являются исключениями среди звездных типов, Вольф-Райетс вдвойне редок: они составляют буквально одну звезду на миллиард. Хотя их яркость позволяет легко найти их в телескопы, во всей нашей галактике мы знаем лишь несколько сотен из них.

Несмотря на свою редкость, эти загадочные звезды уже давно вовлечены в решение самых актуальных астрономических вопросов современности. По мере того как все больше наблюдений за ними поступает с мощных объектов, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба, эта тенденция повторяется. Недавно Вольф-Райетс поставил перед нами новые вопросы о физике, которая ими управляет, что может помочь разгадать большие загадки природы и судьбы звезд.

В 1876 году, когда французские астрономы Шарль Вольф и Жорж Райе впервые задумались над тремя звездами в созвездии Лебедя, наука спектроскопия — изучение астрономических объектов путем распределения их света на составляющие его цвета — находилась в зачаточном состоянии. Тем не менее Вольф и Райе видели достаточно нормальных звезд, чтобы понять, что происходит что-то очень странное. Обычные звезды, такие как Солнце, имеют спектры, состоящие из света во всем диапазоне видимых цветов, с рассеянием узких, тонких темных линий, которые представляют собой длины волн, поглощаемые химическими элементами в звездах. Новые звезды в Лебеде выглядели совершенно иначе: на них были яркие полосы яркого цвета, «больше напоминающие туманности», писали астрономы, что заставило их предположить, что эти звезды могут «в основном обязаны своим блеском раскаленным парам».

В последующие десятилетия астрономы начали лучше понимать спектры большинства звездных типов, но Вольф-Райец все еще томился как непостижимая диковинка. Иногда они действительно попадали в ловушку таких ученых, как Ральф Коупленд. В 1884 году он совершил экспедицию к берегам высокогорного озера Титикака в Перу, привезя астрономическое оборудование на поезде мулов. Там он наткнулся на звезду γ Аргус («гамма Аргус», ныне известная как γ Velorum), чья «яркая линия в синем и великолепная группа из трех ярких линий в желтом и оранжевом делают ее спектр несравненно ярким и ярким. поражающий все небо». Коупленд был зацеплен: «Необычайная красота этого спектра… побудила меня посвятить значительную часть своего времени более или менее систематическим исследованиям окрестностей Млечного Пути». В конце концов он заработал еще пять таких же звезд. Хотя ни один из них не был столь впечатляющим, как γ Velorum, эта попытка более чем удвоила каталог известных Вольф-Райетса.