Астрономами установлено, что огромные звезды, в большинстве случаев, заканчивают свою жизнь взрывом сверхновой, в то время как меньшие звезды – превращаются в планетарные туманности – красочные, пылающие облака, состоящие из пыли и газа.
На протяжении последнего десятилетия эти туманности, которые, по мнению учёных, когда-то были сферическими звездами, в большинстве случаев астрономы находили в виде объектов, испускающих мощные, биполярные джеты пыли и газа. Но как сферические структуры могли эволюционировать до асферичных планетарных туманностей?
В научной статье, опубликованной на этой неделе в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, преподаватель University of Rocheste вместе с одним из своих студентов пришли к выводу, что только «сильно взаимодействующие» двойные звезды — или звезды с массивными планетами – могут испускать мощные джеты.
Когда небольшие звезды исчерпывают все запасы водорода, необходимого для реакций ядерного синтеза, они начинают расширяться, превращаясь в звезды асимптотической ветви гиганта (АВГ) (asymptotic giant branch (AGB). Эта фаза в жизни звезды длится максимально 100 тысяч лет. В определённый момент некоторые из звезд АВГ превращаются в «предварительные» планетарные туманности («предпланетарные» туманности), которые являются асферичными.
Преподаватель физики и астрономии в University of Rocheste Eric Blackman, очень долго искал ответ на вопрос «За счет чего сферические звезды АВГ превращаются в несферические туманности?».
По словам Blackman, сферические звезды АВГ так или иначе трансформируются в несферические туманности посредством разнонаправленных джетов. Он полагает, что основной нюанс этого процесса в том, что звезды АВГ, как правило не одиночны, а представляют собой бинарные системы. Джеты образуются за счет выброса материала, который «аккумулируется» одним объектом бинарной системы за счёт другого в так называемом аккреционном диске. Однако формирование аккреционного диска может проходить по нескольким сценариям, каждый из которых предусматривает наличие двух звезд или звезды и массивной планеты. Blackman и его студент Scott Lucchini задались целью выяснить, могут ли бинарные системы образовывать планетарные туманности при слабом взаимодействии и значительной удалённости друг от друга компонентов бинарной системы, либо же они в обязательно порядке должны быть близкими и сильно взаимодействующими.
Изучая джеты «предпланетных» и планетных туманностей, Blackman и Lucchini смогли соединить энергию и импульс, участвующие в процессе экскреции с тем, что в происходит в джетах. Они удостоверились в том, что «продукты» процесса аккреции являются топливом для формирования джетов. Поскольку масса аккумулируется в одном из дисков, происходит потеря гравитационной энергии, которая в последующем преобразуется в кинетический импульс и энергию испускаемого джета, характеризующегося значительной скоростью. Blackman и Lucchini определили минимальную мощность и массу потока, при которых эти процессы прироста могут происходить, чтобы анализировать свойства наблюдаемых джетов. Затем они сравнили их с требованиями, выдвигаемыми к конкретным существующим моделями прироста.
Педагог и студент установили, что существует только два типа моделей аккреции, обе из которых предусматривают наличие двух компонентов, то есть бинарной системы, для образования «препланетарных» туманностей. Согласно первой модели «Roche lobe overflow», компоненты бинарной системы настолько близки, что АВГ создает диск вокруг одного из объектов системы. Вторая модель «Сommon envelope» предполагает, что расстояние между компаньонами ещё меньше, в результате чего аккреционный диск охватывает одновременно два объекта бинарной системы. Обе эти модели предусматривают наличие достаточного количества энергии и импульса для формирования джетов.
Понятие планетарные туманности изначально было введено William Herschel в 1780-е годы. Проводя наблюдения за ними, астроном полагал, что это молодые газообразные планеты, формирование которых ещё не закончилось. Хотя название и закрепилось, на сегодняшний день известно, что планетарные туманности по сути — звезды на завершающем этапе своей жизни или бинарные системы. «Предпланетарные» туманности отличаются от обыкновенных спецификой излучения: «предпланетарные» туманности сияют за счет отражения света, в то время как планетарные – посредством ионизации газа. «Предпланетарыне» туманности остывают за счет пары джетов, состоящих из газа и пыли. Пыль отражает свет, производимый более горячим ядром. В планетарных туманностях происходит ионизация газа за счет излучения ядра, в результате чего также образуются джеты, но они на порядок слабее.
