eso1230ru — Научный релиз

Самые яркие звезды редко бывают одинокими

По данным VLT большинство звезд-тяжеловесов находятся в составе взаимодействующих двойных систем

26 июля 2012 г.

Новое исследование, выполненное с Очень Большим Телескопом ESO (VLT), показало, что большинство очень ярких массивных звезд, которые определяют ход эволюции галактик, не встречаются поодиночке. Почти три четверти таких звезд – гораздо больше, чем считалось раньше -- имеют близкорасположенную звезду-спутник. Неожиданно выяснилось, что большинство таких двойных систем испытывают разрушающие их взаимодействия, такие, как перенос вещества с одной звезды на другую, а примерно треть из них даже находятся на пути к слиянию и образованию одной звезды. Эти результаты публикуются в выпуске журнала Science от 27 июля 2012 г.

Вселенная разнообразна, и многие звезды совсем не похожи на Солнце. Международная группа исследователей использовала телескоп VLT для изучения так называемых звезд класса O, которые имеют очень высокую температуру, массу и яркость [1]. У этих звезд короткая и бурная жизнь; они играют ключевую роль в эволюции галактик. Они также участвуют в таких экстремальных сценариях, как “звезды-вампиры” (когда меньший компонент двойной системы «отсасывает» вещество с поверхности своего большего соседа) и гамма-всплески.

Эти звезды – настоящие мастодонты”, --  говорит Хьюз Сана (Hugues Sana) из Амстердамского университета в Нидерландах, ведущий автор исследования.“Их массы в 15 и более раз превосходят массу Солнца, и они могут быть в миллион раз ярче. Они такие горячие, что сияют ярким бело-голубым светом; температура их поверхности больше 30 000 градусов Цельсия.

С помощью VLT астрономы исследовали выборку из 71 звезды класса O, как одиночных, так и входящих в состав двойных систем, в шести близких к Земле молодых звездных скоплениях  Млечного Пути.

Проанализировав свет, приходящий от этих объектов, более детально, чем это делалось прежде [2], астрономы установили, что 75% всех O-звезд входят в состав двойных систем. Эту долю впервые удалось определить точно, и она оказалась большей, чем считалось ранее. Однако, еще важнее оказалось другое: среди таких двойных систем доля тех, в которых компоненты находятся близко друг к другу и взаимодействуют (поглощают одна другую или обмениваются веществом, образуя так называемые пары «вампир – жертва») гораздо выше, чем предполагалось. Этот факт имеет важнейшее значение для понимания эволюции галактик.

Звезды класса O составляют менее одного процента от общего числа звезд во Вселенной, но бурные явления, связанные с ними, показывают, что эти звезды оказывают непропорционально большое воздействие на свои окрестности. Звездный ветер и ударные волны, распространяющиеся от этих звезд, могут как инициировать, так и остановить звездообразование, излучение этих звезд заставляет светиться яркие туманности, а когда эти звезды превращаются в сверхновые, они обогащают галактики тяжелыми элементами, что принципиально важно для возникновения жизни. К тому же, эти звезды связаны с гамма-всплесками, которые принадлежат к самым высокоэнергетическим явлениям во Вселенной. Таким образом, O-звезды участвуют во многих механизмах, определяющих ход эволюции галактик.

Жизнь звезды в очень большой степени определяется тем, находится ли вблизи нее другая звезда”, -- говорит Сельма де Минк (Selma de Mink, Space Telescope Science Institute, USA), соавтор работы. “Если орбиты двух звезд очень близки, эти звезды могут в конце концов слиться. Но даже если этого и не происходит, одна из них часто срывает вещество с поверхности другой.”

Звездные слияния, которыми по оценке участников группы заканчивается жизнь примерно 20–30% O-звезд – события весьма бурные. Но даже сравнительно спокойный сценарий «звезды-вампира», на долю которого приходится еще 40–50% от общего числа O-звезд, оказывает существенное воздействие на эволюцию этих объектов.

До последнего времени считалось, что тесные двойные системы, состоящие из массивных звезд – исключение, а не правило. Эта модель возникла только потому, что помогла объяснить такие экзотические явления, как рентгеновские двойные, двойные пульсары и двойные черные дыры. Новое исследование показывает, что для правильного понимания Вселенной от этого упрощенного представления надо отказаться: на деле, двойные тяжеловесы -- обычное явление, и более того, жизнь звезды в такой системе коренным образом отличается от жизни одиночной звезды.

Например, в случае «звезды-вампира» менее массивный компонент системы омолаживается по мере того, как высасывает свежий водород из своего спутника. Его масса значительно увеличивается и он переживает своего компаньона, существуя значительно дольше, чем изолированная звезда той же массы. С другой стороны, оболочка «звезды-жертвы» срывается с нее прежде, чем звезда может достичь стадии яркого красного сверхгиганта; вместо этого обнажается ее голубое ядро. В результате звездное население удаленной галактики может казаться гораздо моложе, чем оно есть на самом деле: как омоложенные звезды-вампиры, так и их уменьшившиеся «жертвы» становятся горячее и голубее, «притворяясь» таким образом более молодыми звездами. Поэтому знание истинной доли взаимодействующих массивных двойных является критическим для правильного определения возраста звезд в удаленных галактиках. [3]

Астрономы получают информацию о далеких галактиках только из их излучвния, которое доходит до наших телескопов. Не делая предположений о том, что порождает это излучение, мы не можем сделать никаких выводов о той или иной галактике, например, о том, насколько она массивна, или каков ее возраст. Наше исследование показывает: часто делаемое предположение о том, что большинство звезд являются одиночными, может привести к неверным выводам”, -- заключает Хьюз Сана.

Чтобы понять, насколько значительными являются описанные эффекты и насколько новый угол зрения изменит наш взгляд на эволюцию галактик, требуется дальнейшая работа. Моделирование двойных звезд – сложный процесс, поэтому пройдет еще немало времени, прежде чем все эти соображения будут включены в модели образования галактик.

Примечания

[1] Большинство звезд классифицируются в соответствии с их спектральным классом или цветом, которые в свою очередь связаны с массой и поверхностной температурой звезд. Общепринятая последовательность  спектральных классов от самых голубых (и значит, самых горячих и массивных) звезд к самым красным (самым холодным и наименее массивным) такая: O, B, A, F, G, K и M. У звезд класса O температура поверхности около 30 000 градусов Цельсия и выше – они сияют ярким бледно-голубым светом. Их массы в 15 и более раз превышают массу Солнца.

[2] Звезды, входящие в двойные системы, обычно расположены слишком близко друг к другу, чтобы можно было их получить их прямые изображения как отдельных световых точек. Однако, в данном исследовании удалось определить их двойственность при помощи эшелле-спектрографа VLT для ультрафиолетового и оптического диапазона (Ultraviolet and Visible Echelle Spectrograph -- UVES). Спектрограф раскладывает свет звезд на цвета так же, как призма превращает солнечный свет в радугу. В эту радужную полоску звездного света «впечатаны» слабые штрихообразные структуры, обусловленные поглощением света на определенных длинах волн атомами элементов, содержащихся в атмосфере звезды. Когда наблюдаются изолированные звезды, эти абсорбционные линии находятся на строго определенных длинах волн, но в двойных звездах линии слегка смещаются друг относительно друга благодаря взаимному движению компонентов двойной системы. Степень взаимного смещения линий и характер их движения в зависимости от времени позволяют астрономам определить характер движения звезд и их орбитальные характеристики и, в частности, выяснить, находятся ли эти звезды достаточно близко друг к другу, чтобы обмениваться массой или даже слиться.

[3] Существование столь большого числа «звезд-вампиров» хорошо объясняет одно ранее непонятное явление: примерно у трети звезд, взрывающихся как сверхновые, наблюдается очень низкое содержание водорода, что удивительно – ведь звезды состоят преимущественно из водорода. Однако, доля бедных водородом сверхновых очень близка к доле звезд-вампиров, найденной в данной работе. А звезды-вампиры как раз и отбирают водород у своих «жертв», срывая с них силой своего притяжения богатые водородом внешние слои прежде, чем «жертва» превратится в сверхновую.

Узнать больше

Исследование представлено в статье “Binary interaction dominates the evolution of massive stars”, H. Sana et al., которая появится в журнале Science от 27 июля 2012 г.

Состав исследовательской группы: H. Sana (Amsterdam University, The Netherlands), S.E. de Mink (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA; Johns Hopkins University, Baltimore, USA), A. de Koter (Amsterdam University; Utrecht University, The Netherlands), N. Langer (University of Bonn, Germany), C.J. Evans (UK Astronomy Technology Centre, Edinburgh, UK), M. Gieles (University of Cambridge UK), E. Gosset (Liege University, Belgium), R.G. Izzard (University of Bonn), J.-B. Le Bouquin (Université Joseph Fourier, Grenoble, France) and F.R.N. Schneider (University of Bonn).

В 2012 году исполняется 50 лет со дня основания Европейской Южной Обсерватории (ESO, the European Southern Observatory) -- ведущей межгосударственной астрономической организации Европы и самой продуктивной астрономической обсерватории в мире. В ее работе принимают участие 15 стран: Австрия, Бельгия, Бразилия, Чешская Республика, Дания, Франция, Финляндия, Германия, Италия, Нидерланды, Португалия, Испания, Швеция, Швейцария и Объединенное Королевство. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономических исследований. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь, самой совершенной в мире астрономической обсерватории для наблюдений в видимой области спектра, установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT) и два обзорных телескопа: VISTA, который работает в инфракрасных лучах и является крупнейшим в мире телескопом для выполнения обзоров неба, и Обзорный Телескоп VLT, (VLT Survey Telescope) -- крупнейший инструмент, предназначенный исключительно для обзора неба в видимом свете. ESO является европейским партнером в революционном проекте астрономического телескопа ALMA – величайшем астрономическом проекте в истории. В настоящее время ESO планирует строительство E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) – Европейского Сверхкрупного Телескопа 40-метрового класса для оптического и ближнего ИК диапазонов, который станет “величайшим в мире оком, устремленным в небо».

Ссылки

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Russia
Телефон: +78123637786
Сотовый: +79112122130
Email: km@gao.spb.ru

Hugues Sana
Astronomical Institute “Anton Pannekoek”, Amsterdam University
Amsterdam, The Netherlands
Телефон: +31 20 525 8496
Сотовый: +31 6 83 200 917
Email: h.sana@uva.nl

Selma de Mink
Space Telescope Science Institute
Baltimore, USA
Телефон: +1 410 338 4304
Сотовый: +1 443 255 3793
Email: demink@stsci.edu

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT & Survey Telescopes Press Officer
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6655
Сотовый: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org

Перевод пресс-релиза ESO eso1230.

О релизе

Релиз №:eso1230ru
Тип:• Milky Way : Star
Facility:Very Large Telescope
Science data:2012Sci...337..444S

Изображения

Artist’s impression of a vampire star and its victim
Artist’s impression of a vampire star and its victim
только на английском
Hot and brilliant O stars in star-forming regions
Hot and brilliant O stars in star-forming regions
только на английском

Видео

Artist's impression of the evolution of a hot high-mass binary star
Artist's impression of the evolution of a hot high-mass binary star
только на английском
Artist's impression of the evolution of a hot high-mass binary star (annotated version)
Artist's impression of the evolution of a hot high-mass binary star (annotated version)
только на английском

Также смотрите наши