Живой ребёнок мёртвых родителей: российские астрономы зафиксировали редчайшее явление

Туманность вокруг J005311 в инфракрасных лучах.

Иллюстрация Василий Гварамадзе/МГУ.

Туманность вокруг J005311 в инфракрасных лучах (слева и в центре). В оптической линии излучения водорода Бальмер-альфа туманность не видна (справа), поскольку в её составе нет водорода.

Иллюстрация Василий Гварамадзе/МГУ.

Учёные из России и Германии обнаружили "живую" звезду (в которой продолжаются термоядерные реакции), появившуюся в результате слияния двух отгоревших светил: белых карликов. По оценкам экспертов, в Млечном Пути с его сотнями миллиардов звёзд таких объектов меньше десятка.

Открытие описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature учёными из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, Специальной астрофизической обсерватории РАН и Университета Бонна.

Напомним, как происходит эволюция звёзд. Большую часть жизни светила водород в ней превращается в гелий. Именно энергия этого термоядерного синтеза дарит нам солнечный свет.

После того как запасы водорода будут исчерпаны, может наступить следующая фаза, где основной источник энергии – синтез углерода и кислорода из гелия. На следующем этапе образуются ещё более тяжёлые элементы.

Когда заканчивается эта цепочка? Это зависит от массы звезды. Чем больше светило, тем дальше зайдёт процесс термоядерного синтеза. Самым скромным по массе звёздам (менее половины массы Солнца) "не хватит сил" даже на то, чтобы запустить термоядерное горение гелия. Более массивные (до восьми солнц) справляются с этим и останавливаются на стадии углерода и кислорода. Самые большие звёзды доходят в этом списке до железа. На этом цепочка обрывается, ибо превращение железа в ещё более тяжёлые элементы идёт не с выделением, а с поглощением энергии. Поэтому оно не может поддерживаться в термоядерных топках звёзд. Золото и уран Вселенной подарили другие процессы.

Если звезда на момент рождения имела массу не более десяти солнечных, после прекращения термоядерных реакций она постепенно сбрасывает внешние слои. На месте звезды остаётся раскалённое остывающее ядро: белый карлик. Он состоит из элементов, на которых закончился термоядерный синтез: либо из гелия, либо из смеси углерода и кислорода, либо из смеси кислорода, неона и магния. (Впрочем, гелиевые белые карлики не обнаружены, ибо самые маленькие звёзды сгорают очень медленно и попросту не успели догореть за время существования Вселенной).

Светила тяжелее десяти солнц эффектно гибнут во вспышке сверхновой и порождают либо нейтронную звезду, либо чёрную дыру.

Если речь идёт об одиночной звезде, её история на этом и заканчивается. Но большинство светил в Галактике (и, вероятно, во всей Вселенной) – двойные. Напомним, что двойная звезда – это пара звёзд, обращающихся вокруг общего центра масс. Если обе "подружки" догорели до белого карлика, возникает двойной белый карлик.

Такая система излучает гравитационные волны. Из-за этого она теряет момент импульса, и "бывшие звёзды" постепенно приближаются друг к другу. В конце концов они сталкиваются и сливаются.

Что происходит при этом "союзе мертвецов"? Это зависит от их массы и химического состава. Может получиться просто один белый карлик вместо двух. По оценкам экспертов, около 10% известных белых карликов – результат такого слияния.

Другой сценарий – немедленный термоядерный взрыв, известный как вспышка сверхновой типа Ia. Внешне она похожа на те сверхновые, что вспыхивают при гибели массивных звёзд (вспышки типа Ib, Ic и II), но имеет совершенно другой механизм. Человечество не раз наблюдало подобные катастрофические слияния в телескоп, а иногда и невооружённым глазом.

Туманность вокруг J005311 в инфракрасных лучах (слева и в центре). В оптической линии излучения водорода Бальмер-альфа туманность не видна (справа), поскольку в её составе нет водорода.

Но, как показывают некоторые расчёты, в исключительных случаях возможен и третий вариант. Из двух белых карликов получается звезда, в которой возобновляются термоядерные реакции (поскольку её массы достаточно, чтобы запустить термоядерное горение тех элементов, из которых состояли столкнувшиеся белые карлики). Можно сказать, что при слиянии двух мёртвых звёзд получается живая.

Правда, живёт она по меркам звёзд очень недолго: около десяти тысяч лет. За это время элементы в её недрах успевают превратиться в железо, и происходит взрыв сверхновой с образованием нейтронной звезды.

Само рождение подобного светила крайне маловероятно, ибо путь к нему проходит буквально по лезвию бритвы. Стоит чуть-чуть изменить условия в одну сторону, и термоядерные реакции не запустятся, получается просто новый белый карлик. Если же система немного отклонится в другую сторону, стабильной звезды не образуется, происходит немедленный термоядерный взрыв, описанный выше.

Многие специалисты сомневались, что рождение звёзд по такому сценарию вообще возможно. До тех пор пока астрономы из России и Германии не обнаружили именно такое светило.

Оно обладает всеми признаками, которые должны быть характерны для "живого ребёнка мёртвых родителей": имеет соответствующий химический состав, расположена в центре сферической туманности, очень горяча, быстро вращается и обладает мощным магнитным полем.

Речь идёт об объекте J005311, расположенном примерно в 10 тысячах световых лет от Земли в созвездии Кассиопеи. Яркая звезда в центре газовой туманности была обнаружена орбитальным инфракрасным телескопом WISE.

Анализ спектра показал, что объект не содержит ни водорода, ни гелия. Это невозможно для обычных звёзд, у которых, наоборот, на водород приходится большая часть массы, а всё остальное – на гелий с небольшой примесью других элементов. Зато такой состав типичен для белых карликов (где, напомним, водород и гелий уже выгорели).

С другой стороны, не оставалось сомнений, что загадочное тело – живая звезда, и притом очень горячая. Её температура составляет около 200 тысяч градусов, то есть она примерно в 20 раз горячее типичного белого карлика и более чем в 30 раз горячее Солнца. К слову, светимость J005311 превышает солнечную почти в 40 тысяч раз.

Но даже такая температура не может объяснить наблюдаемую скорость её звёздного ветра в 16 тысяч километров в секунду (для сравнения, скорость солнечного ветра составляет 400–800 километров в секунду). Ещё никогда ни у одной звезды не наблюдалось такого ветра, летящего сквозь Вселенную, как ударная волна от взрыва сверхновой.

Какая сила так разгоняет его? Астрономы предполагают, что J005311 обладает мощным магнитным полем и быстро вращается. Получается своего рода ускоритель частиц, который и придаёт частицам плазмы дополнительную энергию.

Таким образом, у этой звезды есть все признаки "ребёнка белых карликов".

"Вероятно, в Млечном Пути нет даже полудюжины таких объектов, и мы обнаружили один из них", – констатирует соавтор исследования Гёц Грефенер (Götz Gräfener) из Университета Бонна.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о столкновении белого карлика с коричневым, а также о слияниях "живых" звёзд, производящих мощные вспышки и радиоактивные молекулы.