Умирающая звезда породила пузырь рекордных размеров

Красные сверхгиганты — массивные звезды, крупнейшие из существующих, настоящие титаны Вселенной. Это одна из последних стадий эволюции крупной звезды, которая наступает, если масса светила составляла примерно от 10 до 40 солнечных масс. Длится эта стадия от 10 до 100 миллионов лет, затем заканчивается взрывом сверхновой II типа, оставляющим после себя лишь черную дыру или нейтронную звезду. 

Перед тем как неминуемо закончить свой путь взрывом сверхновой, такая звезда стремительно раздувается, увеличиваясь в объеме до фантастических размеров: достигает радиуса в 200—1500 раз более радиуса Солнца. В этот период она активно теряет вещество, выбрасывая в окружающее пространство огромные потоки газа и пыли. Эта материя формирует вокруг светила пузырь — околозвездную среду. От того, какой будет эта оболочка, зависит и будущий взрыв.

Астрономы тщательно изучают такие оболочки, чтобы лучше понять механизмы гибели звезд. Обычно размеры и свойства околозвездной среды соответствуют предсказаниям теорий, основанных на яркости и массе светила. 

Однако открытие, сделанное международной командой астрономов под руководством Марка Зиберта (Mark Siebert) из Технологического университета Чалмерса в Швеции, полностью выбивается из этой картины. Наблюдая за красным сверхгигантом DFK 52 с помощью комплекса радиотелескопов ALMA в Чили, ученые обнаружили вокруг него околозвездную среду совершенно невероятных размеров. Сам объект расположен примерно в 20 тысячах световых лет от Земли, в молодом массивном рассеянном скоплении Стивенсон 2.

Пузырь из газа и пыли, окружающий DFK 52, имеет диаметр, поражающий воображение, — примерно 50 тысяч астрономических единиц. Одна астрономическая единица — расстояние от Земли до Солнца (почти 150 миллионов километров). Если сравнивать с нашей Солнечной системой, это приблизительно половина ее диаметра, почти световой год. У DFK 52 астрономы открыли самую большую околозвездную среду из когда-либо обнаруженных вокруг звезд такого типа. Ничто из известных процессов в звездах не объясняет, как одна звезда способна выбросить столько вещества.

Но размер не единственная загадка. DFK 52, породившая этот гигантский пузырь, сама по себе относительно тусклая для красного сверхгиганта. Ее светимость невысока. У звезды просто не хватает энергии, чтобы выбросить и разогнать такое колоссальное количество материи в окружающее пространство. Существующие модели красных сверхгигантов не могут объяснить происхождение «пузыря-монстра».

Предыдущие наблюдения DFK 52 с помощью других телескопов показывали лишь относительно скромные, вполне обычные выбросы газа. Секрет раскрыла уникальная чувствительность ALMA. Этот комплекс антенн работает в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне, который идеально подходит для регистрации излучения холодной космической пыли и холодного газа — как раз того материала, который составляет основу гигантской оболочки. 

По словам Зиберта, пузырь вокруг DFK 52 имеет чрезвычайно сложную геометрию, которую астрономы пока объяснить не могут, как в принципе и не могут реконструировать полную трехмерную структуру пузыря. Однако исследователи уверены в одном: он «просто огромен».

С помощью ALMA ученые выяснили еще одну деталь о пузыре вокруг DFK 52. Внутри гигантской сферы обнаружили запутанный поток пузырей меньшего размера. Но самое интригующее — кольцеобразная перемычка, расположенная примерно на полпути от звезды к внешнему краю пузыря. Эта перемычка стремительно расширяется наружу с головокружительной скоростью почти 30 километров в секунду.

Расчеты команды Зиберта указали на драматическое событие, произошедшее приблизительно 4000 лет назад. Вероятно, именно в результате этого катаклизма в окружающем пространстве оказалась столь большая масса вещества, сформировавшего гигантскую оболочку, а перемычка получила такую высокую скорость расширения. Но что это было за событие?

Астрономы обсуждают несколько гипотез. По одной из них, звезда DFK 52 в прошлом была гораздо ярче и мощнее, потом резко потускнела, позволив ранее выброшенному веществу сформировать наблюдаемую структуру. Однако красные сверхгиганты обычно не демонстрируют таких резких, катастрофических падений светимости в предсверхновой фазе. 

Другая гипотеза — влияние звезды-компаньона. Если бы рядом с DFK 52 вращалась другая звезда, их гравитационное взаимодействие могло бы вытягивать вещество и придавать ему энергию. 

Однако, по мнению Зиберта, в таком случае это, скорее всего, привело бы к формированию более симметричной структуры, а не той сложной и асимметричной, которую наблюдают ученые. Зиберт полагает, что звезда не могла сама по себе выбросить столько газа и пыли. Для этого нужна дополнительная сила или энергия, но ученые пока не понимают, что это за источник. То есть с точки зрения исследователей что‑то помогло звезде «вытолкнуть» такое огромное облако.

Открытие гигантского, необъяснимого пузыря вокруг DFK 52 — не просто астрономический курьез. Оно имеет важные последствия для понимания последних этапов жизни массивных звезд и их грандиозного финала — взрывов сверхновых. 

Как отметила Эмма Бизор (Emma Beasor), астроном из Ливерпульского университета Джона Мурса в Великобритании, хотя сам катаклизм 4000-летней давности, вероятно, не изменит судьбу DFK 52 (звезде все равно суждено стать сверхновой), он может кардинально повлиять на то, как будет выглядеть этот взрыв для земных наблюдателей. Огромная масса и сложная структура окружающей звезду оболочки неизбежно будут взаимодействовать с ударной волной сверхновой, что может привести к необычным и пока непредсказуемым эффектам.

О своих выводах астрономы рассказали на сайте электронного архива научных статей Корнеллского университета. Источник материала и фото: "Naked Science"