Все о космосе

Жизнь звезды

Светила, подобные Солнцу в конце своей активной жизни сбрасывают оболочку, окру­жая себя красивейшим, но очень скоротечным по космическим мер­кам феноменом под названием пла­нетарная туманность. Эта, можно сказать, уже азбучная истина хоро­шо "проиллюстрирована" прямо на небесах. К примеру, туманность "Кошачий глаз" с блеском 9' вы лег­ко найдете на темном небе в около­полярном созвездии Дракона даже в хороший бинокль. Однако в этом фи­нальном акте звезда разбрасывает вокруг себя лишь последние остатки некогда обширных и богатых водо­родом покровов, дарованных ей при рождении.

Через фазу планетарной туманности при угасании проходят звезды с на­чальными массами вплоть до 8 солнеч­ных масс (Me); однако наблюдения по­казывают,   что   масса вырожденных звездных ядер в центре планетарных туманностей, как правило, не превы­шает 0,6 Me (в редких случаях она дос­тигает 0,8 Me). Где же остальное? В ио­низированной сияющей оболочке пла­нетарных туманностей содержится все­го порядка 0,1 Me вещества. Выходит, значительную часть своей оболочки (30%) солнцеподобные светила теряют раньше.

Начинается этот процесс уже при первом превращении звезды в красного гиганта, когда резко возрастает интен­сивность звездного ветра. Но эту ста­дию эволюции отделяет от финала слишком большой срок, чтобы сбро­шенную материю можно было впос­ледствии обнаружить вокруг планетар­ной туманности. А вот повторное прев­ращение в красного гиганта, или, как говорят астрономы, выход звезды на асимптотическую ветвь гигантов (АВГ), — дело иное. Эта стадия непос­редственно предшествует зажиганию планетарной туманности. Считается, что, пребывая на АВГ, звезда может сбросить более половины начальной массы! Из-за скоротечности АВГ-фазы вся эта материя к моменту зажигания планетарной туманности будет нахо­диться неподалеку от звезды. Почему же мы не видим ее на столь популяр­ных снимках этих красивейших небес­ных объектов?

Оказывается, астрономы заметили ее давно и называют АВГ-гало. Внутрен­няя часть гало ионизирована и излуча­ет в оптическом диапазоне, но вся труд­ность его регистрации — в огромной разнице яркости ионизированного АВГ-гало и самой планетарной туманности, которая достигает трех поряд­ков, из-за чего получить на одном сним­ке непередержанную "планетарку" вместе с гало почти невозможно.

В реальности АВГ-гало обшир­нее, чем очерчивает оптическое из­лучение. Помимо ионизированной части, на его периферии находится нейтральная, пребывающая глав­ным образом в молекулярном состо­янии материя. Для ее регистрации приходится использовать ИК-диапазон, где находятся линии молеку­лярного водорода, флуоресцирую­щего под воздействием ультрафио­лета центральной звезды, или пере­ходить в радиодиапазон, наблю­дая, к примеру, в линиях молекулы СО₂. Изучение невидимого гало — путь к пониманию динамики крас­ных гигантов на более ранних эта­пах АВГ-фазы. Но вернемся к види­мому диапазону.

Наблюдения последних лет показа­ли, что тусклое ионизированное АВГ-гало присутствует не менее чем у 60% эллиптических (т.е. не биполярных) планетарных туманностей, для кото­рых были сделаны снимки необходи­мого качества. Все они, как правило, мало эстетичны (на месте планетар­ных туманностей там всегда получа­ется безнадежно передержанное бе­лое пятно) и потому редко попадают в официальные пресс-релизы обсер­ваторий и популярные астрономи­ческие журналы.

Вездесущие кольца

На подобных снимках хорошо видны следы нескольких последних этапов, которые проходила звезда в процессе возвращения космосу материи, полу­ченной взаймы на время активной жиз­ни. Обратите внимание на интересную деталь — слабые концентрические кольца, напоминающие луковицу в разрезе, которые находятся во внутрен­ней части АВГ-гало и непосредственно окружают туманность "Кошачий глаз". В действительности это конечно не кольца, а проецирующиеся на небо сфе­рические оболочки. Именно на них в последние годы "охотился" с пристрас­тием Романо Корради, и не без успеха.

Очевидно, эти структуры возникли на завершающем этапе АВГ-фазы. Если они образованы последовательно сбро­шенными оболочками (а это, скорее всего, так и есть), перед астрономами возникает вопрос, почему звезда столь радикально меняла характер сброса массы. Материя, сброшенная по време­ни раньше всего и образующая ионизи­рованное АВГ-гало, висит в простран­стве хаотичными сгустками. Однако по оценкам Корради приблизительно за 10-20 тысяч лет до образования плане­тарной туманности звезда стала сбра­сывать вещество аккуратными сфери­ческими оболочками с периодом поряд­ка 1500 лет. И, наконец, около 1000 лет назад звезда разметала в пространство последние крохи водородной оболочки уже в форме тех самых ажурных структур, которые и образуют собственно ту­манность "Кошачий глаз". Последняя растет буквально на глазах, что хорошо видно при совмещении снимков "Хаббла"1994,1997,2000 и 2002 годов.

До недавнего времени считалось, что концентрические кольца — крайне ред­кое явление в мире планетарных ту­манностей. Поэтому-то мало кто зани­мался серьезным поиском объяснения их природы. Корради удалось ради­кально изменить представление о час­тоте встречаемости колец, благодаря хорошо продуманной методике их об­наружения.

Внимательно анализируя старые снимки планетарных туманностей и сделав повторную глубокую экспози­цию для тех из них, вокруг которых просматривались намеки на присут­ствие колец, Корради пришел к инте­ресному выводу. "Как это не удиви­тельно, — пишет он, — но главным ог­раничением при поиске структур тако­го рода оказалось вовсе не простран­ственное разрешение снимков, а... па­разитное рассеяние света внутри телес­копов". Фактически кольца настолько слабы и малоконтрастны, что часто просто тонут в рассеянном запыленны­ми зеркалами свете. Учитывая этот факт, Корради стал работать исключи­тельно в главных фокусах крупных те­лескопов, чтобы минимизировать ко­личество отражающих поверхностей до единицы.

У 8 из 24 отобранных им небиполяр­ных планетарных туманностей с ионизированным АВГ-гало ему удалось об­наружить кольца. "Мы полагаем, — де­лает вывод Корради, — что нижняя оценка частоты встречаемости колец вокруг планетарных туманностей с га­ло близка к 35%". Но найденные во­семь планетарных туманностей — это те, что ближе всего расположены к Солн­цу: за одним исключением, расстояние до них составляет не многим более 3000 световых лет. Возможно, для обнару­жения колец у более далеких туманнос­тей просто не хватает разрешения назем­ных телескопов. "Поэтому, — заключает Корради, — не исключено, что в реаль­ности большинство планетарных туман­ностей имеет кольца".

Не менее интересная ситуация вы­рисовывается с планетарными туман­ностями биполярного типа. Несмотря на то, что до сих пор астрономы не мо­гут с уверенностью указать ни одного объекта этого типа с бесспорным иони­зированным АВГ-гало, у некоторых из них в последние годы тоже обнаруже­ны кольца. Корради не исключает, что и в этом классе планетарных туманнос­тей кольца могут оказаться обычным явлением.

Вполне вероятно, что отсутствие АВГ-гало у биполярных планетарных туманностей является объективной ре­альностью. Этот феномен можно по­нять, если предположить, что их праро­дителями являются тесные двойные системы, в которых превращение одной из звезд в красного гиганта приводит к преобразованию системы в полуразде­ленную двойную, с последующим пере­носом массы на звезду-компаньон. Ни­какой утечки вещества в будущее гало здесь действительно не получается. Возникает вопрос: откуда же тогда кольца?

Вопросы без ответов

Широкая распространенность колец ставит перед астрономами немало воп­росов, на которые пока нет ответов. На сегодняшний день нет даже лидирую­щей гипотезы для объяснения механиз­ма их образования, поэтому все вариан­ты тщательно изучаются. Правда, одно из самых напрашивающихся объясне­ний Корради уже уверенно отверг: а именно, предположение о том, что сброс сферических оболочек связан с так называемыми тепловыми вспыш­ками, сопровождающими последние этапы жизни звезд на асимптотической ветви гигантов.

Дело в том, что в финале АВГ-фазы внутри звезды формируется вырожден­ное кислородно-углеродное ядро и горе­ние гелия вытесняется в окружающий его тонкий слой. Но горение гелия — реакция, очень чувствительная к тем­пературе: чуть случись перегрев, и она идет вразнос. Когда гелиевый слой под­жимается к ядру, становясь достаточно тонким и частично вырожденным, го­рение в нем приобретает нестабильный, вспышечный характер, и звезду бук­вально сотрясают конвульсии. Тем не менее, Корради утверждает, что у изу­ченных им планетарных туманностей время, протекшее с момента последней тепловой вспышки на АВГ-гигантах всегда превосходит возраст самого внешнего из колец. Согласно его наб­людениям, развитие кольцевых струк­тур происходит лишь в последние 10-20 тысяч лет жизни красного гиганта — срок слишком короткий, по сравнению с характерным периодом повторения тепловых вспышек.

Для объяснения генезиса колец привлекается сразу несколько гипотез, включая циклы магнитной активности (подобие солнечных 11-летних цик­лов), взаимодействие со звездой-компа­ньоном, звездные пульсации внутрен­ней природы или же нестабильность оболочки, срываемой световым давле­нием на пылевую компоненту. Есть ги­потезы, подходящие к проблеме колец совсем с иной стороны: допуская, что вещество уходит с поверхности звезды равномерно, появление оболочек они объясняют возникновением в сброшен­ной материи волн плотности. Кто прав, покажут лишь углубленные теоретические расчеты и дальнейшие наблюдения. Большую помощь в изучении пове­дения звезд солнечного типа в послед­ние тысячелетия их активной жизни оказывает космический телескоп им. Хаббла. При его разрешении и низком уровне рассеянного света он не имеет себе равных в наблюдениях как дале­ких, так и близких планетарных ту­манностей в видимом свете. Это со всей очевидностью продемонстрировано на новом снимке туманности "Кошачий глаз", где при отличной видимости как минимум 11 колец, сама "планетарка" получилась совершенно не передер­жанной.