Звезда Бетельгейзе покажет, как угасают массивные звезды

Москва, 13:45, 02 Мар 2020, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

В последнее время звезда Бетельгейзе была в центре внимания СМИ. Красный супергигант приближается к концу своей жизни, и когда светило, в 10 раз превышающее массу Солнца, умирает, оно гаснет эффектным образом.

Благодаря тому, что яркость Бетельгейзе недавно упала до самой низкой отметки за последние сто лет, многие космические энтузиасты взволнованы тем, что звезда может вскоре превратиться в сверхновую, создав ослепительный взрыв, который может быть виден на Земле даже при дневном свете.

В то время как знаменитая звезда на плече Ориона, вероятно, встретит гибель в течение следующего миллиона лет (практически пары дней в космическом масштабе) — ученые утверждают, что ее затемнение происходит из-за пульсации звезды. Это явление относительно распространено среди красных сверхгигантов, и Бетельгейзе, как известно, десятилетиями находится в этой группе.

По совпадению, исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре уже сделали прогнозы относительно яркости сверхновой, которая может возникнуть, когда взорвется пульсирующая звезда, подобная Бетельгейзе.

Аспирант по физике Джаред Голдберг опубликовал исследование, в котором подробно описывается, как пульсация звезды повлияет на последующий взрыв, когда это произойдет. Статья появляется в Астрофизическом Журнале.

«Мы хотели знать, как это выглядит, если пульсирующая звезда взрывается на разных фазах пульсации», — сказал Голдберг. «Более ранние модели проще, потому что они не включают зависящие от времени эффекты пульсаций».

Когда звезда размером с Бетельгейзе, наконец, исчерпывает материю в ее центре, она под собственным огромным весом теряет внешнее давление, которое удерживало ее от коллапса. Результирующий коллапс ядра происходит всего за полсекунды.

Когда железное ядро ​​разрушается, атомы диссоциируют на электроны и протоны. Они объединяются, чтобы сформировать нейтроны, и в процессе выпускают частицы высокой энергии, названные нейтрино. Обычно нейтрино едва взаимодействуют с другим веществом — 100 триллионов из них проходят через ваше тело каждую секунду без единого столкновения. Тем не менее, сверхновые являются одними из самых мощных явлений во Вселенной. Числа и энергии нейтрино, образующихся в коллапсе ядра, настолько велики, что, хотя только небольшая часть их сталкивается со звездным материалом, этого обычно более чем достаточно, чтобы запустить ударную волну, способную взорвать звезду.

В результате этого выделяется потрясающая энергия, создавая взрыв, который может кратковременно затмить всю галактику. Взрыв остается сиять в течение примерно 100 дней, поскольку излучение может уйти только после того, как ионизированный водород снова соединится с потерянными электронами и вновь станет нейтральным. Это происходит снаружи вовнутрь, а это означает, что астрономы все глубже видят сверхновую с течением времени, пока, наконец, свет из центра не сможет уйти. В этот момент все, что останется, — тусклый свет радиоактивных осадков, который может продолжать сиять годами.

Характеристики сверхновой изменяются в зависимости от массы звезды, общей энергии взрыва и, что важно, ее радиуса. Это означает, что пульсация Бетельгейзе делает предсказание того, как она взорвется, намного более сложным.

Исследователи обнаружили, что если вся звезда пульсирует в унисон («вдыхая» и «выдыхая», если хотите), — сверхновая будет вести себя так, как будто Бетельгейзе была статической звездой с заданным радиусом. Однако разные слои звезды могут колебаться друг против друга: внешние слои расширяются, а средние слои сжимаются, и наоборот.

Для простого случая пульсации модель команды дала результаты, аналогичные моделям, которые не учитывали пульсацию.

«Это просто похоже на сверхновую от большой звезды или меньшей звезды в разных точках пульсации», — объяснил Голдберг. «Когда вы начинаете рассматривать пульсации, которые являются более сложными, когда что-то движется одновременно с движением, тогда наша модель действительно производит заметные различия», — добавил он.

В этих случаях исследователи обнаружили, что, когда свет выходит из прогрессивно более глубоких слоев взрыва, выбросы будут выглядеть так, как если бы они были результатом сверхновых звезд разных размеров.

«Свет от сжатой части звезды слабее, — объясняет Голдберг, — так же, как и от более компактной, не пульсирующей звезды».

Между тем, свет от частей звезды, которые расширялись в то время, казался бы более ярким, как если бы он исходил от большой, не пульсирующей звезды.

Голдберг планирует представить в «Записках к исследованию» Американского астрономического общества доклад с профессором физики Энди Хауэллом и исследователем из KITP Эваном Бауэром, в котором будут обобщены результаты моделирования, которое они проводили специально для Бетельгейзе. Гольдберг также работает с доктором KITP Бенни Цангом, чтобы сравнить различные радиационные переносы.