Многие массивные звезды - это двойные системы

За самыми тяжелыми звездами обычно скрываются двойные системы. Астрономы из Германии обнаружили, что подобные пары встречаются гораздо чаще, чем считалось ранее - в частности, у массивных звезд наличие близнецов может быть даже нормой.

Известно, что вокруг сверхмассивных звезд часто вращаются их компаньоны. Вместе они образуют бинарную систему, которую, однако, даже самые современные телескопы определяют с трудом. Расстояние между звездами двойной системы, по сравнению с путем до Земли, настолько малы, что их невозможно отобразить отдельно друг от друга.

Исследование немецких ученых

Астрономы из команды Рурского университета Бохума (RUB), возглавляемой Рольфом Чини (Rolf Chini) вели наблюдения в обсерватории, находящейся в чилийской пустыне Атакама. Они детально исследовали 800 массивных звезд - каждую в течение нескольких дней или даже недель.

Масса Эта Киля, самой яркой звезды в туманности Киля, примерно в 100-120 раз превышает массу Солнца Фото: © RUBIN

Эффект Доплера выдает двойные звезды

Они обнаружили, что на самом деле более 90 процентов наблюдаемых звезд - двойные объекты. Это открытие стало возможным лишь с помощью "трюка", так как считается, что обсерватория RUB безнадежно уступает некоторым другим современным телескопам, например, расположенному всего в 20 километрах "Very Large Telescope", принадлежащему Европейской южной обсерватории. Однако астрономам пришел на помощь эффект Доплера: если звезда удаляется от наблюдателя, то её световой спектр сдвигается к красной зоне. Если же звезда приближается, спектр смещается в сторону синего цвета. У пересекающих друг друга орбит звезд Чини и его коллеги заметили такие характерные сдвиги, которые колебались с регулярными интервалами - явное доказательство двойных звезд.

Статистический анализ свидетельствует, что вероятность двойной системы возрастает с увеличением массы: чем тяжелее звезда, тем более возможен у неё компаньон. Особенно неожиданными являются соотношения масс партнеров. Далеко не всегда маленькая звезда обращается вокруг большей. Часто обе примерно одинакового размера и тяжести.

Схематическое изображение эффекта Доплера Фото: © RUBIN

Новая модель формирования двойных звезд

Однако это опровергает общепринятую модель, объясняющую, как возникают двойные звезды, согласно которой считается, что большая звезда захватывает меньшую. Ей противоречит большое количество двойных систем со звездами одинаковых размеров. "Почему звезда в 50 солнечных масс должна притянуть звезду с теми же 50 солнечными массами? - спрашивает Чини и продолжает, - было бы гораздо легче захватить звезду с одной солнечной массой. Процесс звездообразования, конечно, дает объяснение этому явлению".

Поэтому астрономы предлагают новую модель образования таких систем: гигантские газовые и пылевые облака, из которых рождаются массивные звезды, в ходе этого процесса разделяются. Из каждой половины возникает звезда, оба партнера (примерно одинаковой массы) вращаются друг вокруг друга, как близнецы. Этот тип рождения бинарных звездных систем также может быть рассчитан и подтверждён на модели. Многие теории, например возникновения отдельных массивных звезд, до сих пор имеют пробелы, пишет scinexx.de.

Как возникают двойные звезды

С помощью составных радиотелескопов VLA (Нью-Мексико) и CARMA (Калифорния) астрономы обнаружили у двух молодых протозвезд неизвестные ранее звёзды-спутники. Это открытие поможет учёным получить новые сведения о формировании двойных систем.

Астрономы предполагают, что около половины звезд солнечного типа в Млечном Пути не одиночки, как Солнце, а являются частью систем, состоящих из двух или даже большего количества звёзд. Однако у них нет твёрдой уверенности, как, собственно, возникают такие звездные системы.

Образование системы двойной звезды

"Единственной возможностью решения этого вопроса является наблюдение очень молодых звездных систем, в надежде застать момент их возникновения, - подчеркнул Джон Тобин, сотрудник Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO). - Именно это мы попытались сделать, наблюдая за звездами, и таким путём мы получили новые, ценные доказательства".

Астрономы нашли новые доказательства того, что двойные звезды образуются путем фрагментации газопылевого диска вокруг зарождающейся звезды
Фото: Билла Сакстона, NRAO/AUI/NSF

По их наблюдениям, система двойной звезды возникает тогда, когда вокруг совсем молодой звезды из газа и пыли образуется диск и на орбите вокруг первой рождается вторая звезда. В период роста протозвёзды окружены газопылевыми дисками и раздуваются перпендикулярно этим дискам, выбрасывая с высокой скоростью вещество в космос.

Наблюдения астрономов за звёздообразованием

Совместно с международной командой астрономов Тобин наблюдал две молодые звезды на удалении в тысячу световых лет. Он исходил из направления выброса звездного вещества и обнаружил неизвестную звезду-компаньон, находившуюся в плоскости предполагаемого газопылевого диска. В одной из двух систем этот пылевой диск можно было даже заметить.

Выводы учёных об образовании двойных звёзд

"Это согласуется с теоретическими моделями, по которым звезда-спутник образуется в диске путём фрагментации", - подчеркнул Тобин. В прошлом году его командой был обнаружен большой пылевой диск вокруг звезды на ранней стадии её развития. Доказательство того, что такие околозвёздные диски формируются на очень ранней стадии звездообразования, было решающей предпосылкой для теории фрагментации.

Новые наблюдения являются еще одним свидетельством о правильности теории фрагментации при образовании двойных звезд, пишет astronews.com.

Мигающая двойная звезда?

Изображение: NASA/ESA и R. Hurt

Около 950 световых лет отделяет Землю от области звездообразования IC 348, которая находится в созвездии Персей. С помощью космического телескопа Spitzer там был обнаружен в диапазоне инфракрасного излучения объект LRLL 54361, внутри которого образуются одна или две новых звезды. Особенностью этого объекта является то, что каждые 25,43 дней его инфракрасная яркость в течение недели увеличивается примерно в десять раз.

Это поведение было обнаружено с помощью Спитцера и Хаббла международной исследовательской группой во главе с Джеймсом Мазеролле (James Muzerolle) из Научного института космического телескопа в штате Мэриленд. Астрономы наблюдали в среднем инфракрасном диапазоне область звездообразования, в которой около 300 очень молодых объектов. Это протозвезды, которые еще только должны стать полноценными звездами. Их возраст оценивается примерно в 100 000 лет.

При исследованиях с помощью космического телескопа Spitzer учёным бросились в глаза регулярные и сильные колебания яркости объекта LRLL 54361. После этого команда провела в декабре 2010 года многократые наблюдения с помощью космического телескопа Хаббл. Снимки Хаббла детально показали LRLL 5436 на длине волны 1,6 мкм. Исследования с помощью Хаббла подтвердили период колебаний яркости, определённый ранее телескопом Spitzer. Источник яркости вспышки скрыт за плотным газопылевым диском и защитной оболочкой из пыли и газа, поэтому его невозможно непосредственно наблюдать даже с помощью Хаббла.

Структура двойной звёздной системы LRLL 54361 (диапазон инфракрасного излучения) Изображение: NASA/ESA и R. Hurt

Исследователи предположили, что в центре LRLL 54361 находится тесная двойная система звезд, окруженная общим диском пыли. Однако непосредственно доказать её существование они не могут, хотя предполагают, что изменения яркости происходят, если на двойную звезду попадает большое количество вещества из диска. Это происходит, когда оба партнера, двигаясь по своим эллиптическим орбитам вокруг общего центра, каждые 25,34 дней подходят особенно близко друг к другу. Хотя двойная звезда создаёт своей силой притяжения разрыв в диске, тем не менее, обе звезды связанны с диском аккреционным потоком и накапливают вещество с его помощью.

Изменения яркости объекта LRLL 54361 (диапазон инфракрасного излучения) Фото: NASA/ESA и Z. Levay

Эта материя особенно интенсивно сталкивается со звездами, когда они находятся близко друг к другу. При этом она нагревается, ярко светит и, в свою очередь, нагревает окружающую пыль, которая - как показывают наблюдения - снова отдаёт поглощенное излучение в среднем инфракрасном диапазоне. Данные изображений Хаббла показали, что защитная оболочка LRLL 54 361 содержит две конусообразные полости, которые проходят выше и ниже плотного газопылевого диска. Их контуры можно обнаружить по рассеянному на их краях инфракрасному свету. Они, вероятно, возникли из газовых струй (джетов), исходящих из рождающихся в центре звезд. При наблюдениях можно было проследить, как свет вспышки движется по направлению от центра. К нам он попадает только кружным путём: в виде светового эха от стен полостей, пишет sterne-und-weltraum.de.

Из снимков Хаббла ученые сделали замечательное видео:

Космические "разводы" после танцев

Фото: NASA/STScI, Наследие Хаббла

Почему звездные пары иногда расходятся и странствуют по галактике в одиночестве? Немецкие астрономы изучили области звездообразования и выяснили, что один кубический световой год может производить миллионы звезд.

Одинокие звезды в Млечном Пути встречаются в меньшинстве: по расчетам астрономов, они составляют примерно одну треть от общего числа, остальные же входят в системы с двумя или даже с несколькими звездами. Боннские астрономы сообщают в журнале Astronomy & Astrophysics, как могут появиться эти различные формы.