Звезда которая скоро взорвется


Ученые, похоже разгадали загадку звезды Бетельгейзе, которая не давала покоя астрономам почти год. Бетельгейзе, яркая звезда созвездия Ориона, начала вести себя неожиданным образом осенью 2019 года, неожиданно снизив свой блеск почти на две трети к февралю 2020 года. Это неожиданное потускнение породило множество вопросов, и главное – предсказание скорого взрыва Бетельгейзе как сверхновой звезды, которым должна завершиться ее жизнь согласно существующим представлениям об эволюции звезд.

Сам объект находится в семистах световых годах от Солнца, поэтому в действительности все события происходили с ней в начале XIV века – мы видим лишь свет, дошедший до нас от звезды. Однако никакого катастрофического взрыва не наблюдалось, Бетельгейзе прошла через период потускнения, к маю этого года достигла прежнего блеска, и астрономы продолжили гадать, что стало причиной столь значительного, самого сильного за историю наблюдения падения блеска.

Среди популярных гипотез было пылевое облако, окружающее звезду, и заслонившее ее свет, а также пятна на ее поверхности.


Как оказалось, пылевая версия подтвердилась, однако все оказалось интереснее – видимо, Бетельгейзе сама «кашлянула» и закрыла себя пылевым облаком. Чтобы понять это, астрономам понадобились наблюдения за звездой при помощи космического телескопа Hubble, которые велись в 2019 и 2020 годах. Наблюдения в сентябре-ноябре 2019 года выявили огромное количество вещества, летевшего от поверхности звезды во внешние части ее атмосферы со скоростью примерно 320 тыс. километров в час. Во время этой трехмесячной вспышки звезда выбросила в окружающее пространство со своей южной полусферы в два раза больше вещества, чем обычно, пришли к выводу американские ученые, опубликовавшие исследование в журнале The Astrophysical Journal.

Именно после этого в декабре 2019 года несколько наземных телескопов заметили снижение блеска звезды.

«Это вещество было в 2-4 раза ярче обычного блеска звезды, — пояснила Андреа Дюпре из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, — И затем, спустя месяц, южная часть Бетельгейзе подозрительно потемнела. Мы считаем, что виной тому темное облако, которое стало результатом выброса, зафиксированного телескопом Hubble».

Оторвавшись от звезды на миллионы километров, эта сверхгорячая плазма, представляющая собой ионы, значительно остыла и сконденсировалась в гранулы пыли, которая образовала плотное непрозрачное облако, затмившее свет звезды для наблюдателей на Земле.


Подтверждением этой гипотезы стали дополнительные наблюдения звезды телескопом Hubble. Данные, полученные в ультрафиолете показали, что внешние слои атмосферы звезды вернулись к прежнему состоянию уже к февралю 2020 года, несмотря на то, что блеск звезды в видимом диапазоне тогда еще не вернулся к прежнему уровню.

И хотя точная причина изначальной вспышки не ясна, Дюпре вместе со своим коллегой Клаусом Штрассмайером из Потсдама считают, что вызвана она была обычной пульсацией звезды. При помощи наземного автоматического телескопа STELLar Activity (STELLA) было показано, что скорость истекавшего с поверхности вещества менялась соответственно циклам пульсации звезды, которая помогала веществу покидать ее поверхность.

Помогли в решении загадки относительная близость к нам этой звезды, ее размеры и возможности телескопа Hubble. Все это делает Бетельгейзе едва ли не единственной звездой, за исключением нашего Солнца, детали поверхности которой ученые могут различить техническими средствами.

По словам ученых, вопрос о том, взорвется ли звезда в ближайшем будущем, остается открыт. «Никто не знает, как ведет себя звезда непосредственно перед тем, как взорвется как сверхновая, поскольку этого никогда не наблюдали, — пояснила Дюпре. – Астрономы наблюдали звезды, может, за год до их взрывов, как сверхновые, но не за дни и недели до этого. Однако вероятность того, что звезда взорвется, как сверхновая в обозримом будущем, довольно мала».


Источник: www.gazeta.ru

Одна из ярчайших звезд северного неба — Бетельгейзе — в последние несколько недель непрерывно тускнеет, и сейчас ее яркость упала до минимального уровня за последние полвека, то есть за всю историю наблюдений с помощью электронных приемников излучения. Означает ли это, что вскоре эта звезда взорвется как сверхновая, и что будет с Землей, если это произойдет, редакция N + 1 спросила у астронома Сергея Ламзина, ведущего научного сотрудника Астрономического института имени Штернберга (ГАИШ МГУ).

Долгий путь в правый верхний угол

Звезды — относительно простые астрономические объекты. Это, грубо говоря, гигантские шары из водорода с примесью гелия и некоторого количества более тяжелых элементов, где идут термоядерные реакции. Как именно они будут себя вести и какой будет их конечная судьба, зависит от массы.

Если масса звезды меньше десяти масс Солнца, ее жизнь кончается более или менее спокойно. Она превращается в красный гигант (с Солнцем это произойдет примерно через пять миллиардов лет), то есть раздувается, сбрасывает внешнюю оболочку, а внутреннее ядро, наоборот, сжимается, превращается в белый карлик. Это спокойный процесс, не сопровождаемый катаклизмами.


Звезды более массивные, чем десять масс Солнца, погибают в результате катастрофического взрыва и превращаются в нейтронную звезду или черную дыру, либо вообще перестают существовать как единый объект.

Жизнь звезды — это в основном цепочка смены типов термоядерных реакций, точнее, смены основного типа горючего. На первой стадии, когда звезда формируется из газового облака, температура в ее ядре поднимается до нескольких миллионов градусов, и начинаются реакции превращения водорода в гелий.

Водород — самый обильный элемент во Вселенной и как ядерное горючее — самое калорийное. Пока горит водород, звезда находится на основном этапе своей жизни, занимающем примерно 90 процентов времени ее существования. Его еще называют этапом главной последовательности — поскольку звезды на этой стадии жизни образуют характерную диагональную линию на диаграмме Герцшпрунга-Рассела, она же «диаграмма спектр-светимость».

Когда водород выгорает, звезды сходят с главной последовательности, и их дальнейшая судьба зависит от массы. У звезд с массой от 0,8 до 8-10 масс Солнца после выгорания водорода в ядре это самое ядро начинает сжиматься и нагревается до температуры в 100 миллионов градусов. Тогда в нем начинается реакция превращения гелия в углерод — реакция слияния трех альфа-частиц в ядро углерода.

В этом случае внешняя оболочка звезды раздувается и появляется красный гигант — это ветвь вправо в середине главной последовательности. Эта стадия проходит примерно в 10 раз быстрее, чем стадия горения водорода, то есть этот этап занимает 10 процентов времени жизни звезды.


Затем, после выгорания гелия, сверхплотное ядро превращается в белый карлик, а оболочка расширяется, сбрасывается и улетает. У маломассивных звезд не хватает гравитации, чтобы еще сильнее сжать центральную область и нагреть ее до температуры в миллиарды градусов, при которой загорается углерод.

Звезды с массой более 8-10 масс Солнца после выгорания водорода тоже сбрасывают оболочку, превращаясь в красные сверхгиганты (это верхний правый угол диаграммы). Когда выгорает и гелий, температура в их центре достигает нескольких миллиардов градусов и начинается реакция слияния ядер углерода с образованием магния, неона и кислорода.

Затем по цепочке начинаются реакции с участием этих элементов, пока в центре звезды не образуются железное ядро. Железо — это «ядерная зола», в том смысле, что если до железа слияния ядер идут с выделением энергии, то после железа этот процесс, наоборот, требует поглощения энергии.

Процесс выгорания углеродного ядра занимает всего несколько тысяч лет. Когда у звезды накопится достаточно много железа в центральной области, ядерные реакции уже не могут поддерживать ее светимость, звезда теряет устойчивость и гравитация «схлопывает» звезду.

В результате центральная область сжимается и превращается либо в нейтронную звезду с плотностью миллиард тонн в кубическом сантиметре, либо в черную дыру. Области, которые над ней находятся, падают вниз, сталкиваются, отбрасываются, образуется ударная волна, которая разбрасывает вышележащие слои звезды в окружающее пространство.


Происходит взрыв сверхновой. Эта судьба ждет и Бетельгейзе.

Что мы знаем о звезде

Бетельгейзе, она же альфа Ориона — одна из ярчайших звезд северного неба. Найти ее на небе очень легко — она находится в верхнем левом углу созвездия Ориона, очень хорошо видимое как раз в эти дни. На широте Москвы Орион восходит над горизонтом примерно в пять часов вечера.

Масса звезды составляет примерно 15 ± 3 массы Солнца, а расстояние до нее оценивается примерно в 600-700 световых лет. Это одна из немногих звезд, у которых мы можем различить видимый диск. Еще в 1921 году Альберт Майкельсон с помощью своего интерферометра смог определить ее угловой размер — около 0,047 секунды.

Отчасти из-за яркости звезды и того, что она не наблюдается как точечный объект, мы не можем с высокой точностью определить расстояние до нее, а значит, не можем и точно определить светимость и массу. Все это не дает нам установить, на какой стадии своей эволюции находится Бетельгейзе.

Мы можем сказать, что ее возраст — около восьми миллионов лет, а диаметр примерно в тысячу-полторы раз больше Солнца. Если бы Бетельгейзе была центром Солнечной системы, то внутри такой большой звезды оказалась бы орбита Марса, а то и орбита Юпитера — в зависимости от того, как мы оцениваем расстояние до нее.


В недрах Бетельгейзе на данный момент уже прогорели весь водород и весь гелий, и примерно несколько тысяч лет назад она перешла на стадию горения углерода и превращения его в магний. Есть данные, что в китайских хрониках Бетельгейзе называли не красной, а желтой звездой — возможно, тогда она действительно была еще на предыдущей стадии эволюции.

Все последующие, постуглеродные стадии, гораздо более короткие, продолжаются сотни лет. Понять, на какой стадии Бетельгейзе находится сейчас и сколько ей осталось дожигать свое топливо, пока в центре не образуется железное ядро, достаточно сложно — помимо массы, это зависит от многих других деталей, например от того, как звезда вращается и есть ли у нее магнитное поле.

Но понятно, что в течение нескольких тысяч лет она сожжет весь углерод, а следующие стадии будут еще короче. Возможно, что этот этап уже прошел, может быть, у нее уже начал гореть неон. Достаточно точно можно сказать, что десять тысяч лет — это максимальная продолжительность, оставшаяся Бетельгейзе до стадии железного ядра и взрыва.

Чего он моргает?

Колебания блеска Бетельгейзе были замечены еще Уильямом Гершелем в XIX веке, когда у астрономов не было других способов оценить яркость звезды кроме глазомера. Сейчас для оценки звездной величины используются фотометрические приборы. В соответствии с данными AAVSO, американской организации, объединяющей исследователей переменных звезд, яркость Бетельгейзе колеблется примерно на полторы звездных величины.


Однако в этом декабре яркость звезды достигла «дна» — минимального уровня за всю историю наблюдений с помощью электронных приемников излучения. Согласно данным, опубликованным на сайте астрономических телеграмм, видимая звездная величина Бетельгейзе снизилась до значения 1,125.

Колебания яркости — это одна из особенностей красных сверхгигантов. Звезда находится под действием двух сил: с одной стороны, гравитация стремится сжать ее в точку, а с другой стороны, газовое давление и излучение заставляют ее расширяться во все стороны. У красных сверхгигантов нарушена устойчивость, они колеблются вокруг положения равновесия.

Описание механизма этих колебаний, впервые предложенное Эддингтоном, а потом «доведенное до ума» советским астрономом Сергеем Жевакиным, примерно таково: под действием излучения из центра звезды ее внешние оболочки нагреваются, начинают расширяться, становятся более разреженными, более прозрачными и за счет этого начинают остывать. По мере падения температуры и давления газ начинает вновь стягивать гравитация, он становится менее прозрачным, излучение начинает нагревать его сильнее, и цикл повторяется.

Есть звезды, пульсирующие как часы, — цефеиды, у них очень точный период, но звезды на поздних стадиях эволюции, такие как Бетельгейзе, пульсируют нерегулярно — их точность «сбивается» из-за наличия конвекции во внешних слоях звезды, которая переносит часть тепла, мешая излучению регулировать процесс колебаний. Во время одного цикла, продолжающегося от 150 до 400 дней, радиус Бетельгейзе может существенно меняться.


Однако суммарное энерговыделение звезды во время пульсаций меняется не слишком сильно. Дело в том, что у относительно холодных звезд температура внешней оболочки составляет не более 3,5 тысячи градусов, поэтому бóльшую часть энергии Бетельгейзе излучает в инфракрасном диапазоне. И если в видимом диапазоне светимость звезды меняется существенно, то суммарная светимость во всем диапазоне меняется примерно на проценты. Поэтому нельзя говорить, что теперешние снижение яркости может помочь спрогнозировать скорый взрыв звезды.

Внешние слои сверхгиганта до последнего момента «не знают» о том, что происходит в ядре. Все процессы, возбуждающие колебания звезд, похожих на Бетельгейзе, происходят в их внешних слоях. Иными словами, пульсации внешних слоев не отражают процессы, происходящие в центральных областях звезды, поэтому то, что у Бетельгейзе сейчас более глубокий минимум, чем прежде, не говорит нам о том, что звезда скоро взорвется.

Прилетит вдруг нейтрино

Еще 30-40 лет назад мы узнавали о взрыве сверхновой только в момент самого взрыва, но теперь мы сможем узнать о нем заранее — за несколько дней. Мы получим нейтринный сигнал.

В ходе ядерных реакций в центре любой звезды образуется гамма-квант и нейтрино. Гамма-квант, пройдя примерно одну десятую миллиметра, поглощается, потом переизлучается и добирается до поверхности звезды и вылетает «наружу» примерно через 10 миллионов лет. Поэтому с помощью электромагнитных волн узнать, что происходит в центре, просто невозможно.


А нейтрино проходят сквозь звезду без всякого взаимодействия, они летят примерно со скоростью света, а значит, здесь, на Земле, через восемь минут мы можем детектировать нейтрино, родившиеся в центре Солнца.

В момент, когда Бетельгейзе начнет взрываться как сверхновая, — то есть в момент, когда железное ядро в ее центре размером примерно с Землю будет превращаться в нейтронную звезду диаметром с московское Третье кольцо, — температура в ее центре поднимается до 10 миллиардов градусов. Эта колоссальная энергия уносится в основном именно нейтрино.

Нейтрино свободно пронизывают звезду и улетают. А ударная волна в веществе, отразившаяся от нейтронной звезды, будет примерно неделю идти до поверхностных слоев звезды. И только когда она дойдет до поверхности звезды, мы увидим оптическую вспышку.

Именно этот сценарий реализовался при вспышке сверхновой SN 1987A в Большом Магеллановом облаке. Тогда нейтринные детекторы зафиксировали примерно 20 нейтрино, пришедшие примерно за несколько часов до оптической вспышки. Бетельгейзе примерно в 100 раз ближе к нам, значит, поток нейтрино от ее взрыва будет в десятки тысяч раз больше и наши современные детекторы их точно зарегистрируют.

Когда Бетельгейзе взорвется, ее блеск увеличится до -9 звездной величины, то есть по яркости она будет сопоставима с Луной в первой четверти. Вероятно ее будет видно и днем. Однако никакой угрозы для жизни на Земле эта вспышка не несет.

В результате взрыва внешние слои звезды приобретают скорость около 3 тысяч километров в секунду, они будут сталкиваться с веществом, выброшенным раньше — с веществом звездного ветра, которое удаляется от звезды со скоростью несколько километров в секунду. Поэтому сброшенная взрывом оболочка вскоре догонит ветер, возникнет еще одна ударная волна, газ нагреется, возникнет рентгеновское и гамма-излучение.

Спутники это излучение зафиксируют, и на некоторое время Бетельгейзе станет самым ярким рентгеновским источником на небе, но все равно он будет на порядки слабее рентгеновского излучения Солнца.

Нам это ничем не грозит. Какие-то серьезные последствия для нас могли бы наступить, если бы на месте Бетельгейзе находилась звезда с массой порядка сотен масс Солнца, подобная тем звездам, взрывы которых в далеких галактиках мы наблюдаем как длинные гамма-всплески.

При взрыве звезд с массой в сотни масс Солнца железное ядро даже не успевает образоваться — звезда нагревается до такой температуры, что из фотонов начинают рождаться электрон-позитронные пары. Энергия уходит, давление падает, звезда начинает сжиматься. А поскольку основная масса звезды не сгорела, «топлива» много, то может произойти термоядерный взрыв, который просто разнесет все.

Но этот сценарий работает для сферически симметричной звезды. Если звезда вращается, то, когда центральная область начнет сжиматься, вокруг нее образуется диск и два выброса — релятивистских джета, потока вещества с околосветовой скоростью, — которые прошивают звезду насквозь. Именно они продуцируют сверхмощное рентгеновское и гамма-излучение, и если такое событие произойдет рядом, а наша планета окажется на этом луче, то будет плохо.

По счастью, в окрестностях Земли и в нашей половине Галактики таких звезд нет.

Сергей Ламзин

Источник: nplus1.ru

В последнее время ряд СМИ опубликовали материалы о приближающемся взрыве Бетельгейзе как сверхновой звезды. Видимо под влиянием таких публикаций мы стали получать довольно много вопросов о том, что будет с Землёй, как повлияет на нас взрыв Бетельгейзе и т.п:

В отдельной статье о Бетельгейзе мы уже кратко касались этого вопроса, но так как вопросы продолжают поступать, мы решили посвятить этому отдельную статью.

Почему Бетельгейзе взорвётся?

Бетельгейзе — красный сверхгигант в созвездии Ориона. Её масса — примерно 11 масс Солнца. Расстояние до Бетельгейзе — около 725 световых лет.

Звёзды горят и светят за счёт термоядерных реакций, проходящих в их ядрах. Пока звезда находится на главной последовательности она горит за счёт термоядерной реакции, в ходе которой водород превращается в гелий с выделением энергии.

Диаграмма Герцшпрунга — Рассела

Когда запасы водорода в ядре звезды подходят к концу ядро звезды состоящее к тому времени из гелия сжимается и разогревается и в нём начинается термоядерный синтез гелия в углерод. Затем, когда в ядре выгорает гелий, начинается синтез углерода в магний и так далее по цепочке происходит термоядерный синтез всё более тяжелых элементов вплоть до железа.

Обычно звёзды находятся в состоянии гидростатического равновесия. Т.е. они находятся в состоянии постоянного противоборства сил гравитации и давления. Гравитация стремится как можно сильнее сжать звезду, давление наоборот противостоит гравитации и стремится её расширить. Внешние границы звезды как раз и определяется тем расстоянием от центра звезды, где эти силы уравновешивают друг друга.

Бетельгейзе в представлении художника

По мере синтеза всё более и более тяжелых элементов давление излучения внутри звезды увеличивается и когда в ядре звезды иссякает водород происходит сильное расширение звезды и превращение её в красного гиганта, а затем и сверхгиганта.

Со временем наступает момент, когда топливо для термоядерных реакций в звезде иссякает полностью. Тогда гравитация еще сильнее сжимает ядро и оно схлопывается либо в нейтронную звезду, либо, если позволяет масса, в чёрную дыру.

Внешние слои звезды при этом сбрасываются во время мощнейшего взрыва, который и называют взрывом сверхновой и именно такая судьба ждёт Бетельгейзе.

Из-за чего паника?

В конце 2019-го года группа учёных из университета Виллановы (США, штат Пенсильвания) опубликовала данные наблюдений о том, что яркость Бетельгейзе достигла рекордно низкого за всю историю наблюдений значения.

Данные по изменению яркости Бетельгейзе за всю историю наблюдений

Многими журналистами это было воспринято как свидетельство того, что Бетельгейзе со дня на день взорвётся и они не упустили возможность раздуть сенсацию по сути на пустом месте.

Дело в том, что Бетельгейзе является переменной звездой. Происходит это из-за циклов сжатия и расширения звезды. Термоядерные реакции в ядре звезды разогревают её внешние слои и они расширяются — яркость звезды увеличивается. Затем внешние слои остывают и снова сжимаются — яркость падает и этот цикл повторяется многократно.

Бетельгейзе — одна из немногих звёзд, прямое изображение диска которых удалось получить

Нынешнее падение яркости Бетельгейзе хоть и является самым значительным за всю историю наблюдений само по себе не является чем-то из ряда вон выходящим. В конце концов наблюдения за яркостью Бетельгейзе ведутся всего несколько десятков лет и вполне вероятно, что нечто подобное уже бывало в прошлом.

Кроме того большая часть излучения Бетельгейзе приходится на инфракрасный диапазон. Изменение светимости в оптическом диапазоне довольно мало говорит о том, как изменилась общая светимость.

Когда она наконец взорвётся?

Если коротко — мы не знаем. Может быть завтра, может быть через год, может быть через 100 лет, а может через 1000 или 10 000 лет.

Наблюдения говорят о том, что в ядре Бетельгейзе уже выгорели кислород и гелий и сейчас, судя по всему идет синтез более тяжелых элементов. Эта фаза может продолжаться тысячи лет и сказать точно сколько именно осталось Бетельгейзе до конца мы не можем.

Взрыв сверхновой в представлении художника

Во-первых потому, что Бетельгейзе находится довольно далеко от нас и наши наблюдательные возможности ограничены, а во-вторых потому, что мы никогда еще не наблюдали последние стадии жизни звезды в такой относительной близости от нас. Взрывы сверхновых мы, в целом, наблюдаем регулярно, но как правило они находятся как минимум сотни тысяч световых лет от нас.

Поэтому если говорить о сроках, то Бетельгейзе осталось совершенно точно меньше 100 тысяч лет до взрыва и скорее всего — меньше 10 тысяч лет.

Как её взрыв повлияет на Землю

Опять же если совсем коротко — никак. В том смысле, что взрыв Бетельгейзе никоим образом не угрожает жизни на Земле. Всё-таки Бетельгейзе хоть и является довольно близкой к нам звездой, но всё же она слишком далеко, чтобы выброс энергии при её взрыве мог как-то навредить нам.

За некоторое время (скорее всего за несколько часов или суток) до взрыва мы зафиксируем мощный выброс нейтрино, а затем увидим оптическую вспышку. В течение нескольких недель Бетельгейзе станет по своей светимости сравнима с Луной и будет видна невооруженным глазом как днём, так и ночью.

Моделирование вспышки Бетельгейзе на ночном небе

Также увеличится и светимость Бетельгейзе в других диапазон, таких как рентгеновском и гамма диапазоне, но во-первых это увеличение светимости будет продолжаться не долго, а во-вторых всё равно оно будет намного меньше радиации нашего Солнца.

Система IK Пегаса

Сколько-нибудь реальную опасность могла бы представлять сверхновая, которая взорвалась бы на расстоянии 50-100 св. лет от Земли. Но, к счастью, на таком расстоянии нет звёзд, которые в обозримом будущем могли бы взорваться. Ближайшим кандидатом на взрыв, в качестве сверхновой является IK Пегаса, находящаяся на расстоянии в 150 св. лет от Земли.

Возможно вам также будет интересно наше видео о гипотетических планетах солнечной системы: Нибиру, Фаэтон, Вулкан, Девятая Планета, Тейя и другие.

Однако до взрыва IK Пегаса должно пройти еще по крайней мере несколько сотен миллионов лет. К тому же IK Пегаса отдаляется от нас, поэтому в момент взрыва расстояние от неё до Солнца будет гораздо больше, чем 150 св. лет.

Авторы: кандидат технических наук Александр Петров, астрофизик Фёдор Карасенко

Подписывайтесь на наш канал здесь, а также на наш канал на youtube. Каждую неделю там выходят видео, где мы отвечаем на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом!

Источник: zen.yandex.ru

«Бетельгейзе» в переводе с арабского означает «подмышка великана». Это имя носит альфа Ориона, хотя и уступает по яркости Ригелю — звезде бета в том же созвездии. Благодаря красноватому оттенку Бетельгейзе привлекла к себе внимание многих астрономов ещё в дотелескопную эпоху. О ней писал, к примеру, Клавдий Птолемей — позднеэллинский учёный, создавший геоцентрическую модель мира.

Интересно, что древнекитайские астрономы, наблюдавшие Бетельгейзе за три столетия до Птолемея, сообщали в своих трудах о жёлтом цвете звезды. Если верить их записям, то получается, что она совсем недавно (по меркам космоса, конечно) находилась в фазе жёлтого сверхгиганта — промежуточной между фазами голубого и красного сверхгиганта.

Английский астроном сэр Джон Гершель заметил, что в период с 1836 по 1840 год яркость Бетельгейзе сильно менялась. В октябре 1837 года и в ноябре 1839 года звезда даже «затмила» Ригель. Затем последовало десять лет относительного покоя, а в 1849 году Гершель зафиксировал начало ещё одного цикла изменений — в 1852 году яркость Бетельгейзе вновь достигла максимума. В результате наблюдений её отнесли к числу «полуправильных» переменных звёзд.

Более совершенные астрономические приборы помогли установить расстояние до Бетельгейзе и её размер. Оказалось, что она находится примерно в 700 световых годах от нас и по радиусу в тысячу раз превосходит Солнце: если бы звезда оказалась в нашей системе, её оболочка простиралась бы до орбиты Юпитера. Тем не менее из-за «переменности» звезды точно установить её физические характеристики пока не получается, учёные продолжают работать в этом направлении.

С помощью современных методов наблюдения удалось выяснить, что на излучающем слое звёздной атмосферы (фотосферы) Бетельгейзе есть яркие пятна. Первые детализированные изображения подтвердили теорию Мартина Шварцшильда о существовании на поверхности красных сверхгигантов огромных конвективных зон, где из-за активного перемешивания вещества энергия переходит из внутренних слоёв во внешние.

Больше всего вопросов сегодня вызывает то, что в период с 1993 по 2009 год радиус Бетельгейзе уменьшился на 15% без снижения светимости. Это зафиксировали в результате множества параллельных наблюдений. Исчерпывающего объяснения происходящему нет. Учёные предполагают, что это кажущееся сжатие, обусловленное активными процессами во внешней оболочке звезды.

В июле 2009 года с помощью Очень большого телескопа (Very Large Telescope) астрономы получили снимки Бетельгейзе, на которых виден гигантский шлейф газа. «Хвост» простирался на 30 астрономических единиц — это расстояние от Солнца до Нептуна. Его наличие ещё раз доказывает, что изменения в облике Бетельгейзе могут быть связаны не только с процессами внутри звезды, но и с эволюцией газопылевых образований рядом с ней.

Бетельгейзе часто упоминается в фантастике. Например, она стала целью космических перелётов в романе Жерара Клейна «Звёздный гамбит» (1958) и Пьера Буля «Планета обезьян» (1963). Воображение фантастов подпитывает неизбежность взрыва красного сверхгиганта. В повестях Роберта Чейза «Транзит Бетельгейзе» (1990) и «Индевор» (2005) рассказывается о спасательной экспедиции к одной из планет системы Бетельгейзе, на которой остались колонисты, перед взрывом звезды. В романе Роберта Сойера «Вычисление Бога» (2001) угроза гибели обитаемых миров из-за превращения Бетельгейзе в сверхновую заставляет Творца явить чудо и тем самым подтвердить своё существование.

Постепенно ожидания фантастов перекочевали в паранаучную литературу, а оттуда — на страницы «жёлтой» прессы. Позже они стали основой катастрофических сценариев.

Первую волну паники в информационном пространстве спровоцировали публикации 2009 года о том, что, по наблюдениям астрономов, радиус звезды уменьшается. Они очень «удачно» наложились на ожидание конца света по календарю майя, который должен был наступить 21 декабря 2012 года. Конспирологи и ясновидцы всех мастей пытались убедить общественность, что именно взрыв Бетельгейзе разрушит нашу планету. В декабре 2011 года учёные из NASA в отдельном пресс-релизе развенчали все эти мифы.

Разговоры о близящемся взрыве возобновились два месяца назад. Связаны они с тем, что Бетельгейзе с октября прошлого года потускнела в два с половиной раза — до +1,61 звёздной величины (обычно её видимая звёздная величина колеблется около значения +0,5). В декабре журналисты начали писать о том, что наблюдаемый феномен может быть связан с превращением звезды в сверхновую, однако учёные более осторожны в прогнозах.

Они рассматривают три вероятных объяснения:

  • так совпали минимумы в циклах переменности блеска Бетельгейзе;
  • звезду затемняет одно из газопылевых облаков, находящихся в непосредственной близости;
  • поверхность звезды охлаждается после колоссального выброса вещества.

Так или иначе, Бетельгейзе опять привлекла к себе внимание, и теперь астрономы постоянно наблюдают за её светимостью. 22 февраля американские учёные сообщили, что яркость звезды стабилизировалась и потихоньку начинает расти: 20 февраля она поднялась до +1,556 звёздной величины. Конец света отменяется!

Так если всё-таки звезда взорвётся, насколько страшны будут последствия? Учёные давно подсчитали, что опасность для нас представляла бы сверхновая, находящаяся на расстоянии меньше 25 световых лет. Бетельгейзе расположена намного, намного дальше. Конечно, вспышка будет хорошо видна — на максимуме яркость Бетельгейзе станет сопоставима с лунной (т.е. —12 звёздной величины). Однако жизни на Земле это излучение не угрожает, просто на небе на какое-то время появится ещё одно красивое светило.

Вещество, которое выбросит сверхновая в окружающее пространство, доберётся до нас только через шесть миллионов лет, при этом оно будет чрезвычайно рассеянным, а слабенькую ударную волну погасит встречный солнечный ветер. От самой Бетельгейзе после взрыва останется компактная нейтронная звезда. Вероятно, это произойдёт в течение ближайших ста тысяч лет, но совершенно точно не завтра.

Источник: www.MirF.ru

Одна из ярчайших звезд северного неба — Бетельгейзе — в последние несколько недель непрерывно тускнеет, и сейчас ее яркость упала до минимального уровня за последние полвека, то есть за всю историю наблюдений с помощью электронных приемников излучения. Означает ли это, что вскоре эта звезда взорвется как сверхновая, и что будет с Землей, если это произойдет, редакция N + 1 спросила у астронома Сергея Ламзина, ведущего научного сотрудника Астрономического института имени Штернберга (ГАИШ МГУ).

Долгий путь в правый верхний угол

Звезды — относительно простые астрономические объекты. Это, грубо говоря, гигантские шары из водорода с примесью гелия и некоторого количества более тяжелых элементов, где идут термоядерные реакции. Как именно они будут себя вести и какой будет их конечная судьба, зависит от массы.

Если масса звезды меньше десяти масс Солнца, ее жизнь кончается более или менее спокойно. Она превращается в красный гигант (с Солнцем это произойдет примерно через пять миллиардов лет), то есть раздувается, сбрасывает внешнюю оболочку, а внутреннее ядро, наоборот, сжимается, превращается в белый карлик. Это спокойный процесс, не сопровождаемый катаклизмами.

Звезды более массивные, чем десять масс Солнца, погибают в результате катастрофического взрыва и превращаются в нейтронную звезду или черную дыру, либо вообще перестают существовать как единый объект.

Жизнь звезды — это в основном цепочка смены типов термоядерных реакций, точнее, смены основного типа горючего. На первой стадии, когда звезда формируется из газового облака, температура в ее ядре поднимается до нескольких миллионов градусов, и начинаются реакции превращения водорода в гелий.

Водород — самый обильный элемент во Вселенной и как ядерное горючее — самое калорийное. Пока горит водород, звезда находится на основном этапе своей жизни, занимающем примерно 90 процентов времени ее существования. Его еще называют этапом главной последовательности — поскольку звезды на этой стадии жизни образуют характерную диагональную линию на диаграмме Герцшпрунга-Рассела, она же «диаграмма спектр-светимость».

Когда водород выгорает, звезды сходят с главной последовательности, и их дальнейшая судьба зависит от массы. У звезд с массой от 0,8 до 8-10 масс Солнца после выгорания водорода в ядре это самое ядро начинает сжиматься и нагревается до температуры в 100 миллионов градусов. Тогда в нем начинается реакция превращения гелия в углерод — реакция слияния трех альфа-частиц в ядро углерода.

В этом случае внешняя оболочка звезды раздувается и появляется красный гигант — это ветвь вправо в середине главной последовательности. Эта стадия проходит примерно в 10 раз быстрее, чем стадия горения водорода, то есть этот этап занимает 10 процентов времени жизни звезды.

Затем, после выгорания гелия, сверхплотное ядро превращается в белый карлик, а оболочка расширяется, сбрасывается и улетает. У маломассивных звезд не хватает гравитации, чтобы еще сильнее сжать центральную область и нагреть ее до температуры в миллиарды градусов, при которой загорается углерод.

Звезды с массой более 8-10 масс Солнца после выгорания водорода тоже сбрасывают оболочку, превращаясь в красные сверхгиганты (это верхний правый угол диаграммы). Когда выгорает и гелий, температура в их центре достигает нескольких миллиардов градусов и начинается реакция слияния ядер углерода с образованием магния, неона и кислорода.

Затем по цепочке начинаются реакции с участием этих элементов, пока в центре звезды не образуются железное ядро. Железо — это «ядерная зола», в том смысле, что если до железа слияния ядер идут с выделением энергии, то после железа этот процесс, наоборот, требует поглощения энергии.

Процесс выгорания углеродного ядра занимает всего несколько тысяч лет. Когда у звезды накопится достаточно много железа в центральной области, ядерные реакции уже не могут поддерживать ее светимость, звезда теряет устойчивость и гравитация «схлопывает» звезду.

В результате центральная область сжимается и превращается либо в нейтронную звезду с плотностью миллиард тонн в кубическом сантиметре, либо в черную дыру. Области, которые над ней находятся, падают вниз, сталкиваются, отбрасываются, образуется ударная волна, которая разбрасывает вышележащие слои звезды в окружающее пространство.

Происходит взрыв сверхновой. Эта судьба ждет и Бетельгейзе.

Что мы знаем о звезде

Бетельгейзе, она же альфа Ориона — одна из ярчайших звезд северного неба. Найти ее на небе очень легко — она находится в верхнем левом углу созвездия Ориона, очень хорошо видимое как раз в эти дни. На широте Москвы Орион восходит над горизонтом примерно в пять часов вечера.

Масса звезды составляет примерно 15 ± 3 массы Солнца, а расстояние до нее оценивается примерно в 600-700 световых лет. Это одна из немногих звезд, у которых мы можем различить видимый диск. Еще в 1921 году Альберт Майкельсон с помощью своего интерферометра смог определить ее угловой размер — около 0,047 секунды.

Отчасти из-за яркости звезды и того, что она не наблюдается как точечный объект, мы не можем с высокой точностью определить расстояние до нее, а значит, не можем и точно определить светимость и массу. Все это не дает нам установить, на какой стадии своей эволюции находится Бетельгейзе.

Мы можем сказать, что ее возраст — около восьми миллионов лет, а диаметр примерно в тысячу-полторы раз больше Солнца. Если бы Бетельгейзе была центром Солнечной системы, то внутри такой большой звезды оказалась бы орбита Марса, а то и орбита Юпитера — в зависимости от того, как мы оцениваем расстояние до нее.

В недрах Бетельгейзе на данный момент уже прогорели весь водород и весь гелий, и примерно несколько тысяч лет назад она перешла на стадию горения углерода и превращения его в магний. Есть данные, что в китайских хрониках Бетельгейзе называли не красной, а желтой звездой — возможно, тогда она действительно была еще на предыдущей стадии эволюции.

Все последующие, постуглеродные стадии, гораздо более короткие, продолжаются сотни лет. Понять, на какой стадии Бетельгейзе находится сейчас и сколько ей осталось дожигать свое топливо, пока в центре не образуется железное ядро, достаточно сложно — помимо массы, это зависит от многих других деталей, например от того, как звезда вращается и есть ли у нее магнитное поле.

Но понятно, что в течение нескольких тысяч лет она сожжет весь углерод, а следующие стадии будут еще короче. Возможно, что этот этап уже прошел, может быть, у нее уже начал гореть неон. Достаточно точно можно сказать, что десять тысяч лет — это максимальная продолжительность, оставшаяся Бетельгейзе до стадии железного ядра и взрыва.

Чего он моргает?

Колебания блеска Бетельгейзе были замечены еще Уильямом Гершелем в XIX веке, когда у астрономов не было других способов оценить яркость звезды кроме глазомера. Сейчас для оценки звездной величины используются фотометрические приборы. В соответствии с данными AAVSO, американской организации, объединяющей исследователей переменных звезд, яркость Бетельгейзе колеблется примерно на полторы звездных величины.

Однако в этом декабре яркость звезды достигла «дна» — минимального уровня за всю историю наблюдений с помощью электронных приемников излучения. Согласно данным, опубликованным на сайте астрономических телеграмм, видимая звездная величина Бетельгейзе снизилась до значения 1,125.

Колебания яркости — это одна из особенностей красных сверхгигантов. Звезда находится под действием двух сил: с одной стороны, гравитация стремится сжать ее в точку, а с другой стороны, газовое давление и излучение заставляют ее расширяться во все стороны. У красных сверхгигантов нарушена устойчивость, они колеблются вокруг положения равновесия.

Описание механизма этих колебаний, впервые предложенное Эддингтоном, а потом «доведенное до ума» советским астрономом Сергеем Жевакиным, примерно таково: под действием излучения из центра звезды ее внешние оболочки нагреваются, начинают расширяться, становятся более разреженными, более прозрачными и за счет этого начинают остывать. По мере падения температуры и давления газ начинает вновь стягивать гравитация, он становится менее прозрачным, излучение начинает нагревать его сильнее, и цикл повторяется.

Есть звезды, пульсирующие как часы, — цефеиды, у них очень точный период, но звезды на поздних стадиях эволюции, такие как Бетельгейзе, пульсируют нерегулярно — их точность «сбивается» из-за наличия конвекции во внешних слоях звезды, которая переносит часть тепла, мешая излучению регулировать процесс колебаний. Во время одного цикла, продолжающегося от 150 до 400 дней, радиус Бетельгейзе может существенно меняться.

Однако суммарное энерговыделение звезды во время пульсаций меняется не слишком сильно. Дело в том, что у относительно холодных звезд температура внешней оболочки составляет не более 3,5 тысячи градусов, поэтому бóльшую часть энергии Бетельгейзе излучает в инфракрасном диапазоне. И если в видимом диапазоне светимость звезды меняется существенно, то суммарная светимость во всем диапазоне меняется примерно на проценты. Поэтому нельзя говорить, что теперешние снижение яркости может помочь спрогнозировать скорый взрыв звезды.

Внешние слои сверхгиганта до последнего момента «не знают» о том, что происходит в ядре. Все процессы, возбуждающие колебания звезд, похожих на Бетельгейзе, происходят в их внешних слоях. Иными словами, пульсации внешних слоев не отражают процессы, происходящие в центральных областях звезды, поэтому то, что у Бетельгейзе сейчас более глубокий минимум, чем прежде, не говорит нам о том, что звезда скоро взорвется.

Прилетит вдруг нейтрино

Еще 30-40 лет назад мы узнавали о взрыве сверхновой только в момент самого взрыва, но теперь мы сможем узнать о нем заранее — за несколько дней. Мы получим нейтринный сигнал.

В ходе ядерных реакций в центре любой звезды образуется гамма-квант и нейтрино. Гамма-квант, пройдя примерно одну десятую миллиметра, поглощается, потом переизлучается и добирается до поверхности звезды и вылетает «наружу» примерно через 10 миллионов лет. Поэтому с помощью электромагнитных волн узнать, что происходит в центре, просто невозможно.

А нейтрино проходят сквозь звезду без всякого взаимодействия, они летят примерно со скоростью света, а значит, здесь, на Земле, через восемь минут мы можем детектировать нейтрино, родившиеся в центре Солнца.

В момент, когда Бетельгейзе начнет взрываться как сверхновая, — то есть в момент, когда железное ядро в ее центре размером примерно с Землю будет превращаться в нейтронную звезду диаметром с московское Третье кольцо, — температура в ее центре поднимается до 10 миллиардов градусов. Эта колоссальная энергия уносится в основном именно нейтрино.

Нейтрино свободно пронизывают звезду и улетают. А ударная волна в веществе, отразившаяся от нейтронной звезды, будет примерно неделю идти до поверхностных слоев звезды. И только когда она дойдет до поверхности звезды, мы увидим оптическую вспышку.

Именно этот сценарий реализовался при вспышке сверхновой SN 1987A в Большом Магеллановом облаке. Тогда нейтринные детекторы зафиксировали примерно 20 нейтрино, пришедшие примерно за несколько часов до оптической вспышки. Бетельгейзе примерно в 100 раз ближе к нам, значит, поток нейтрино от ее взрыва будет в десятки тысяч раз больше и наши современные детекторы их точно зарегистрируют.

Когда Бетельгейзе взорвется, ее блеск увеличится до -9 звездной величины, то есть по яркости она будет сопоставима с Луной в первой четверти. Вероятно ее будет видно и днем. Однако никакой угрозы для жизни на Земле эта вспышка не несет.

В результате взрыва внешние слои звезды приобретают скорость около 3 тысяч километров в секунду, они будут сталкиваться с веществом, выброшенным раньше — с веществом звездного ветра, которое удаляется от звезды со скоростью несколько километров в секунду. Поэтому сброшенная взрывом оболочка вскоре догонит ветер, возникнет еще одна ударная волна, газ нагреется, возникнет рентгеновское и гамма-излучение.

Спутники это излучение зафиксируют, и на некоторое время Бетельгейзе станет самым ярким рентгеновским источником на небе, но все равно он будет на порядки слабее рентгеновского излучения Солнца.

Нам это ничем не грозит. Какие-то серьезные последствия для нас могли бы наступить, если бы на месте Бетельгейзе находилась звезда с массой порядка сотен масс Солнца, подобная тем звездам, взрывы которых в далеких галактиках мы наблюдаем как длинные гамма-всплески.

При взрыве звезд с массой в сотни масс Солнца железное ядро даже не успевает образоваться — звезда нагревается до такой температуры, что из фотонов начинают рождаться электрон-позитронные пары. Энергия уходит, давление падает, звезда начинает сжиматься. А поскольку основная масса звезды не сгорела, «топлива» много, то может произойти термоядерный взрыв, который просто разнесет все.

Но этот сценарий работает для сферически симметричной звезды. Если звезда вращается, то, когда центральная область начнет сжиматься, вокруг нее образуется диск и два выброса — релятивистских джета, потока вещества с околосветовой скоростью, — которые прошивают звезду насквозь. Именно они продуцируют сверхмощное рентгеновское и гамма-излучение, и если такое событие произойдет рядом, а наша планета окажется на этом луче, то будет плохо.

По счастью, в окрестностях Земли и в нашей половине Галактики таких звезд нет.

Сергей Ламзин

Источник: nplus1.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.