Зомби — звезды

Зомби - звезды Звёзды

Зомби — звёзды, что это? Кто-то может подумать, что речь пойдёт просто о белых карликах или нейтронных звёздах, которые, по сути, остаются после смерти звёзды главной последовательности, но не всё так просто. Да мы будем говорить в первую очередь о белых карликах, но и об особенных и необычных случаях, когда они, можно сказать, пережили вспышку сверхновой, после которой от них не должно было ничего остаться. То есть хоть и фигурально, но мы будем говорить о звёздах, переживших смерть. Зомби — звёзды — это, безусловно, лишь прозвище, но его используют даже в НАСА.

Как возникают сверхновые

Чтобы прояснить, что это за звёзды — зомби для начала нам хотя бы кратко нужно разобраться со сверхновыми. Но слишком уж в детали вдаваться не будем, этому лучше уделить отдельную статью.

Для визуализации сверхновой я прилагаю эту анимацию ниже, на ней мы видим, как взрывается одиночное светило и это только один из механизмов сверхновой, гравитационный коллапс ядра. В течение жизни на главной последовательности звезда удерживается в гидростатическом равновесии. Сколлапсировать под действием собственной гравитации звезде не дают термоядерной реакции, которые протекают в ядре и создают давление газа и излучения, направленные от центра вовне. Если бы не давление, та звезда бы неконтролируемо сжималось, а если бы не гравитация, то расширялась.

И эти два процесса регулируют друг друга. Если побеждает гравитация, звезда начинает сжиматься, но из-за этого в ядре повышается давление, плотность, а значит и температура и начинает выделяться больше энергии и гравитация снова уравновешивается.

Это действует и в обратную сторону, если сильнее становится давление идущая из центра, звезда расширяется понижается давление и следом выработка энергии в центре и баланс вновь восстановлен. Благодаря этому механизму, звёзды находятся в равновесии на протяжении жизни на главной последовательности.

Когда срок нашего Солнца будет подходить к концу и у него в ядре начнёт заканчиваться водород, из которого синтезируется гелий, при достижении в ядре необходимый для горения гелия температуры 100 миллионов градусов, начнёт синтезироваться углерод. Но у нашего Солнца недостаточно массы, чтобы запустить следующий цикл и синтеза и в конечном итоге остаётся планетарная туманность и белый карлик.

Однако звёзды массивнее нашего Солнца пройдя те же этапы из-за более сильной гравитации, не останавливаются на углероде, а продолжают далее синтезировать всё более тяжёлые элементы, такие как неон, кислород, кремний. И каждая следующая фаза намного короче предыдущий.

Если сжигать водород массивная звезда может миллионы лет, то фаза кремния может длиться лишь недели. На протяжении всех этих фаз, она всё ещё поддерживает равновесие и противостоит гравитации за счёт выделяемой энергии. Но только до тех пор, пока термоядерные реакции не доходят до железа.

В процессе синтеза железа уже поглощается энергия, равновесие нарушается, гравитация побеждает и ядро за секунду коллапсирует. При этом выделяется огромное количество энергии и происходит вспышка сверхновой. В результате в зависимости от начальной массы звезды остаётся или нейтронная звезда, или чёрная дыра. Это упрощённо описано только один из механизмов коллапса ядра.

Если вы загуглите классификация сверхновых, кто вам попадутся схемы попроще и более детальные с большим количеством различных подтипов. Но сейчас нам подойдёт и простая.

Классификация и название, на первый взгляд, могут показаться не интуитивными, но так сложилось исторически. Типы отличаются по наличию или отсутствию тех или иных химических элементов в спектрах и по характеру линий. На этой простой схеме ниже 4 типа сверхновых и 3 из них возникают в результате уже упомянутого коллапса ядра, сверхновые типа II и сверхновые типа 1c. А вот сверхновая 1a образуется иным способом, такие сверхновые ещё называют термоядерными сверхновыми, потому что их природа не в коллапсе ядра, а в очень быстро протекающих термоядерных реакциях.

Схема возникновение сверхновой
Схема возникновение сверхновой

И в данном случае взрывается неумирающая звезда главной последовательности, а остаток звезды, белый карлик. Мы уже ближе к нашим зомби — звёздам, но это всё ещё не они.

Так что это зомби — звёзды

Так у нас есть двойная система из белого карлика и другой звезды, которая может быть разного типа, но компоненты в системе находятся достаточно близко друг другу, и белый карлик начинают перетягивать на себя вещество другой звезды, постепенно увеличивая свою массу. Тут ещё нужно сказать, о предел Чандрасекара.

Как мы уже выяснили, звезда главной последовательности остаётся стабильной, потому что гравитации, противодействует давлю газа и излучения вырабатываемые в термоядерных реакциях в ядре. Но поскольку белые карлики этого лишены, здесь уже действует другой механизм противостоящей сжимающий звезду гравитации и это давление вырожденного электронного газа. Но сейчас мы не будем разбирать этот процесс, связанный с квантовыми эффектами.

И у этого механизма тоже есть предел, предел по массе, после которого белый карлик не может стабильно существовать. Это и есть предел Чандрасекара, он оценивается примерно в 1,4 солнечных масс. Если масса белого карлика ниже этого предела и он никак не набирает массу, то звезда будет очень медленно остывать, теряя энергию в виде излучения и возможно станет чёрным карликом. Пока исключительно теоретическим объектом, ведь по некоторым оценкам на остывание могут уйти непросто миллиарды, миллионы миллиардов лет. Но мы говорим о белом карлики в двойной системе, и он может нарастить массу, например, путём аккреции. И далее возможны несколько сценариев.

Белый карлик может вспыхнуть новый, не сверхновой, а именно новый. Набирая массу от звезды компаньона, на поверхности образуется слой в основном из водорода. Если масса объекта, не приближается к пределу Чандрасекара в определённый момент в этом слое запускаются термоядерные реакции. Они начинают происходить очень быстро, подобно взрыву. Выделяется большое количество энергии и внешней накопленный слой сбрасывается, а белый карлик остаётся, так вспыхивает новое. А это название появилось потому, что для наблюдателя на Земле, на небе появляется очень яркая звезда и она может быть третьим по яркости объектом после Солнца и Луны. В том месте где раньше не было видно звезды, как бы родилась новая, а потом яркость быстро снижается. И подобный процесс с одним белым карликом может повторяться много раз.

Если же, наоборот, белый карлик, набирая массу, преодолевает предел Чандрасекара, давление вырожденного электронного газа уже не может противостоять гравитации. Под её действием белый карлик коллапсирует и становится ещё более плотным и компактным объектом, нейтронной звездой.

Ещё один вариант — это как раз вспышка сверхновой типа 1а. Учёные по-прежнему обсуждают детали этого процесса, но в общих чертах это выглядит так. Когда по мере накопления массы, белый карлик приближается к пределу Чандрасекара, температуры в белом карлики возрастает настолько, что запускаются термоядерные реакции горения углерода. Эти реакции очень быстрые и взрыво подобные, происходит вспышка сверхновой. Сверхновые типа Iа очень важны и активно изучаются ещё и потому, что их можно использовать для измерения расстояния, в космосе в качестве так называемых стандартных свечей. Ведь взрывается всегда объект примерно одной и той же массой и можно рассчитать энергию взрыва и грубо говоря яркость объекта.

Ну и учитывая, что чем дальше объект, тем он тусклее. По закону обратных квадратов, можно вычислить расстояние до него и соответственно, например, до галактики в которой произошла вспышка. А отличить сверхновую типа 1а, от других можно по особому спектру.

Итак на этот раз белый карлик уничтожается полностью, звезда умирает окончательно. Но, как оказалось не всегда. Иногда белому карлику каким-то образом удаётся пережить взрыв сверхновой. В данном случае речь идёт об особом типе сверхновый, который не было вот на схеме выше, сверхновая типа 1аx. Спектр таких сверхновых похож на тип 1а, но они слабее, значительно тусклее и медленнее выбрасывают вещество.

Скорее всего, это тоже белые карлики в двойных системах, однако после вспышки сверхновой, белый карлик не уничтожается целиком, а лишь теряет часть своей массы и имеет химический состав. А значит спектр, по которому его можно отличить от других белых карликов.

Примеры

Ну и в итоге остаётся не обычный маленький белый карлик, а белый карлик – карлик. Кроме того, он может приобретать огромную скорость. Один из известных примеров таких событий, сверхновая SN 2012Z возникшая в галактике NGC 1309. Вероятно, сверхновая возникла именно в системе с белым карликом и это было именно сверхновая типа 1аx, которая могла оставить после себя звезду зомби. Этот пример интересен ещё тем, что, кроме снимков, с помощью которых, обнаружили сверхновую, эту же галактику по счастливой случайности сфотографировал телескоп Хаббл, за несколько лет до вспышки в 2005 и 2006 и на снимках идентифицировали систему, которая была прародителем сверхновой. Это оказалось система из белого карлика и голубой звезды. Вот сравнение архивных снимков до вспышки и кадров после. Ну а последующие наблюдения телескопа Хаббл в 2016 году, когда свет сверхновой потух, показали что в той же области сохранился некий источник излучения переживший сверхновую. Ещё стоит сказать, что это также может быть сохранившийся компаньон и дальнейшее наблюдение смогут прояснить этот вопрос.

Зомби - звезды

Зато звезда LP 40-365 обнаруженая на прямую и это белый карлик с особым химическим составом, таким который должен быть у полумёртвой звезды, оставшийся после термоядерной сверхновой. Ещё на это указывает очень высокая скорость, с которой она движется относительно галактики. Скорость, которую она приобрела во взрыве в двойной системе. Звезда находится в созвездии Большая Медведица. На этой анимации из двух кадров, сделанных с разницей в 40 лет, мы видим, как звезда в самом центре изменила своё положение относительно других звёзд. Она движется так быстро, что однажды покинет нашу галактику.

звезда LP 40-365
звезда LP 40-365

И вот буквально совсем недавно, вышла статья, в которой учёные рассказали об открытии ещё трёх звёзд подобных LP 40-365с очень похожими спектрами и характером движения. Пока точно неизвестно, как именно белым карликом удаётся пережить сверхновую. Одна из лидирующих версий заключается в том, что в белом карлике вспыхивающих сверхновые типа 1аx происходит скорее не детонация, то есть процесс распространяющийся со сверхзвуковой скоростью, а дефлорация, то есть процесс горения с дозвуковой скоростью.

А вообще интересная судьба у таких объектов, родиться, погибнуть один раз, сойдя с главной последовательности, вспыхнуть необычный сверхновый, но пережить и её, но при этом приобрести такую скорость, чтобы покинуть собственную галактику и отправиться в одинокое путешествие длительностью миллиарды и миллиарды лет по практически пустому межгалактическому пространству.

Оцените статью
Добавить комментарий