Новые результаты подробно описывают метод исследования внутреннего функционирования звезд в редкой фазе

Новые результаты подробно описывают метод исследования внутреннего функционирования звезд в редкой фазе

Через 5 миллиардов лет или около того, когда солнце израсходует водород в своем ядре, оно раздуется и превратится в красную гигантскую звезду. Эта фаза его жизни, как и у других звезд, относительно коротка по сравнению с более чем 10 миллиардами жизни Солнца. Красный гигант будет светить в 1000 раз ярче солнца, и вдруг гелий в глубокой его сердцевине начнет сливаться с углеродом в процессе, называемом «вспышкой гелиевого ядра».

Астрофизики предсказывали эти вспышки в теории и моделях в течение 50 лет, но ни один из них никогда не наблюдался. Однако новое исследование в области астрономии природы предполагает, что в скором времени ситуация может измениться.

«Влияние вспышки гелиевого сердечника четко предсказывается моделями, но мы не обнаружили наблюдений, которые непосредственно отражают их», — сказал соавтор Йорген Кристенсен-Дальсгорд, заслуженный приглашенный ученый.

Такая звезда, как солнце, получает энергию от синтеза водорода при температуре около 15 миллионов. Однако для начала синтеза углерода гелий требует гораздо более высокой температуры, чем водород (около 100 миллионов), поэтому он просто накапливается в активной зоне, пока вокруг него продолжает гореть оболочка из водорода. Все это время звезда расширяется до размеров, сопоставимых с орбитой Земли. В конце концов, ядро звезды достигает идеальных условий, вызывая сильное воспламенение гелия: вспыхивает гелиевый сердечник. В течение следующих 2 миллионов лет сердечник подвергается нескольким вспышкам, а затем переходит в более статическое состояние, в котором в течение около 100 миллионов лет происходит сжигание всего гелия в ключевой зоне до углерода и кислорода.

Вспышки гелиевого сердечника играют важную роль в нашем понимании жизненного цикла низкомассовых звезд. К сожалению, собрать данные с ядер далеких звезд невероятно сложно, поэтому ученые не могут наблюдать за этим явлением.

Мощность современных космических обсерваторий, таких как Кеплер, CoRoT, а теперь и транзитный спутник съемки экзопланет (TESS) НАСА, обещает изменить ситуацию. «Доступность очень чувствительных измерений из космоса позволила наблюдать незначительные колебания яркости очень большого количества звезд», — пояснил Кристенсен-Дальзгорд.

Вспышка гелиевого сердечника производит серию различных волн, которые распространяются через звезду. Это заставляет звезду вибрировать, как колокол, что проявляется в слабом изменении ее общей яркости. Наблюдения звездных пульсаций уже научили астрономов тому, как происходят процессы внутри звезд, так геологи узнают о глубинах Земли, изучая землетрясения. Эта техника, известная как астеросейсмология, стала процветающей областью астрофизики.

Вспышка сердечника происходит довольно внезапно, и, как землетрясение, начинается с очень энергичного события, за которым следует ряд последовательно более слабых событий в течение следующих 2 миллионов лет — относительно короткий период в жизни большинства звезд. Как было показано в начале работы в 2012 году под руководством Ларса Билдстена и старшего научного сотрудника Билла Пакстона, частота пульсаций этих звезд очень чувствительна к условиям в центре. В результате астеросейсмология может предоставить ученым информацию, которая подтверждает наше понимание этих процессов.

Основной целью нового исследования было определение того, могут ли эти вспыхивающие области возбуждать пульсации достаточно большие, чтобы мы могли их видеть. И после нескольких месяцев анализа и моделирования, исследователи обнаружили, что многие из них должны быть относительно просты для наблюдения.

Новый и многообещающий угол зрения заключается в том, что астрономы изучали процессы в совершенно особом — и до сих пор не очень хорошо понимаемом — типе звезды, обозначенной как субгномовая звезда типа В. Это бывшие красные гиганты, которые по неизвестным причинам потеряли большую часть своего внешнего слоя водорода. Звезды Subdwarf B предоставляют ученым уникальную возможность непосредственно исследовать горячее ядро звезды. Более того, оставшийся тонкий слой водорода не достаточно толстый, чтобы гасить колебания от повторных всплесков гелиевого сердечника, что дает исследователям возможность наблюдать их потенциально напрямую.

Популярные материалы