Умирающая звезда гаснет на глазах у телескопа Хаббл

Два радикально различных изображения туманности Скат ^[1], сделанные космическим телескопом им. Хаббла ^[2] с разницей в 20 лет. Изображение слева было сделано камерой для наблюдений в широком диапазоне волн №2 в марте 1996 года. На нём видна центральная звезда туманности, находящаяся на последних стадиях своей жизни. Сдуваемый во все стороны умирающей звездой газ выглядит гораздо ярче, чем газ на изображении справа, сделанном в январе 2016 года при помощи широкодиапазонной камеры №3.

Всё звёзды, включая и наше Солнце, когда-нибудь в итоге умрут.


После того, как Солнце несколько миллиардов лет будет гореть, находясь среди звёзд главной последовательности, оно расширится до красного гиганта, перейдёт на сжигание гелия, передвинется на асимптотическую ветвь, а потом сбросит свои верхние слои. Ядро при сжатии начнёт разогреваться, и подсвечивать газ планетарной туманности. Примерно за 20 000 лет эта туманность постепенно погаснет, и в итоге станет невидимой.

Израсходовав ядерное топливо в ядре, солнцеподобные звёзды умрут по предсказуемому сценарию.

В конце своей жизни такая звезда начинает сбрасывать свои верхние слои в глубины космоса, формируя протопланетную туманность – такую, как туманность Яйцо ^[3] на фото. Её внешние слои ещё недостаточно разогреты центральной сжимающейся звездой для того, чтобы появилась настоящая планетарная туманность.

Ядро сжимается, превращаясь в белого карлика, который разогревается и подсвечивает сброшенные внешние слои, порождая планетарную туманность.

Эта фотография туманности Улитка ^[4] демонстрирует типичную комбинацию из планетарной туманности и белого карлика: это результат окончания жизненного цикла солнцеподобной звезды. Находящийся в центре белый карлик гораздо тусклее обычной звезды, но он очень горячий и испускает ионизирующее излучение. Подсвеченная им туманность состоит из выброшенных наружу внешних слоёв звезды.

Такие останки звёзд сохраняются порядка 20 000 лет, медленно и постепенно меняясь.

Однако туманность Скат ^[1], за которой Хаббл наблюдал 20 лет, оказалась особенной.

На анимации видно, насколько сильно потускнела туманность Скат с 1996 года. Обратите внимание на звезду на фоне, слева вверху от центрального угасающего белого карлика – её яркость со временем не меняется. Это подтверждает, что именно сама туманность значительно тускнеет.

Сначала она значительно потускнела, став куда как менее яркой.

Обычная планетарная туманность по виду похожа на туманность Кошачий Глаз ^[5] на этом фото. Центральные области расширяющегося газа подсвечивается находящимся в центре белым карликом, а разреженные внешние области продолжают расширяться, подсвеченные гораздо меньше.

Затем газовые оболочки сжались и стали более разреженными, поэтому видны уже не так чётко.

Туманность Гантель ^[6], снимок через любительский телескоп 8". Это первая из открытых планетарных туманностей – её обнаружил Шарль Мессье в 1764-м. Газовые оболочки медленно расширяются, но видны всё так же чётко – это типично для планетарных туманностей.

Подобные изменения не имеют прецедентов. Ключами к их поведению служат признаки наличия в системе различных химических элементов.

Рентгеновская обсерватория «Чандра» построила карты присутствия различных элементов в остатках сверхновой Кассиопея А ^[7]. Красный – кремний, жёлтый – сера, зелёный – кальций, пурпурный – железо. Каждый элемент обладает особой формой спектра и набором фотометрического излучения.

Выбросы азота и водорода в туманности значительно уменьшились, а выбросы кислорода резко возросли, увеличившись почти в тысячу раз.

Самое лучшее разрешение из возможных: снимок туманности Скат, сделанный телескопом Хаббла в 2016-м году. Видно, что туманность стала менее яркой и менее чёткой по сравнению с предыдущими изображениями. Звезда стала значительно холоднее по сравнению с пиковым значением в 60 000 К, к которому она постепенно шла, с 1970-х по 2000-й. С тех пор её температура падает.

Всё это происходит из-за изменения температуры центральной звезды: раньше она выросла с 22 000 К до 60 000 К, а теперь быстро падает.

Это изображение с европейского Очень большого телескопа демонстрирует светящуюся зелёную планетарную туманность IC 1295, окружающую тусклую умирающую звезду. Звезда расположена на расстоянии 3300 световых лет от нас. Зелёный цвет туманности придают переходы линий излучения в ионизированном газе, окружающем тусклую умирающую звезду. Зелёный свет обычно появляется при наличии дважды ионизированного кислорода, что требует температур не ниже 50 000 К.

При 50 000 К кислород теряет два электрона, становится дважды ионизированным, и испускает изумрудно-зелёный свет.

Звезда с асимптотической ветви гигантов ^[8] LL Пегаса с её выбросами, и схема ядра звезды в разрезе. Углеродно-кислородное ядро окружает оболочка из гелия, синтез которого может происходить на границе с ядром. Вероятно, в последнее время останки туманности Скат разогревались посредством недолгого синтеза гелия – хотя внешние слои звезды, содержащие водород и гелий, по большей части уже сброшены. Теперь звезда затухает.

Это намекает на недавний всплеск синтеза – гелий в оболочке, окружавшей ядро, загорелся и подсветил окружающий газ.

Изначально ближе к центру туманности Скат, Hen 3-1357, существовали ярко-голубые оболочки, как показано на этом фото от 1996 года. Её считали самой молодой из всех обнаруженных туманностей. Но учитывая, как сильно она потускнела в последнее время, это предположение может оказаться чудовищно неверным.

Когда всплеск закончился, туманность начала тускнеть по мере охлаждения центральной части.

Туманность Скат кардинально потускнела, как видно на этом фото от 2016 года. Она стала менее яркой и поменяла форму. Наиболее заметно упали выбросы кислорода. Туманность уже не выделяется так сильно на фоне пустого пространства.

Кроме того, газ в туманности не расширяется, а сжимается – такого прежде не наблюдалось.

Показанная здесь туманность Медузы ^[9] тусклая, рассеянная и имеет сложную структуру. Всё это признаки её почтенного возраста. Туманности существуют от 10 до 20 тысяч лет, и эта, очевидно, приближается к концу жизни. После того, как газ становится нейтральным или слишком рассеянным для того, чтобы светиться, а белый карлик в центре охлаждается, туманность полностью исчезает из виду.

Возможно, что эта туманность полностью исчезнет уже через 20-30 лет – и это будет первым таким случаем за историю наблюдений.

На картинке меньшего масштаба уже не так ясно, где находится туманность Скат. Но если посмотреть поближе, будет видно, что она находится в центральной голубой звезде. Если текущая тенденция продолжится, то туманность полностью исчезнет уже через 20-30 лет.

Автор: Вячеслав Голованов

Источник ^[10]