Jaga_lux, в реальной жизни Наталья. Чем нам грозит эта карины? Эта Киля - звезда-гипергигант

Владилен Степанович, расскажите немного о предыстории открытия эффекта космического лазера. Вообще благодаря чему удалось сделать такое открытие?

Да, действительно, я рассказывал об этом эффекте в Физическом институте имени Лебедева и за несколько дней до этого в Центре космических исследований имени Годдарда NASA США в Гринбелте под Вашингтоном. Именно там находится Центр управления космическим телескопом Хаббла, с помощью которого и сделано это открытие. Только этот уникальный астрономический инструмент позволяет надежно проводить подобные исследования.

Грандиозный научный проект - космический телескоп Хаббла стоимостью в несколько миллиардов долларов - работает на околоземной орбите высотой 500 километров уже 12 лет. Он не только поддерживается в прекрасном рабочем состоянии, но и постоянно совершенствуется в ходе регулярных сервисных миссий космических "челноков". Во время недавней четвертой успешной сервисной миссии "челнока" "Колумбия" (стоимостью в сотни миллионов долларов) в марте этого года характеристики Хаббла были радикально улучшены, глубина сканирования космического пространства возросла в десятки раз. Стало возможным наблюдение столкновения галактик, происходящих на расстоянии около полумиллиарда световых лет. По мнению специалистов NASA, последнее усовершенствование телескопа Хаббла открывает новую эру исследований с его помощью.

Все наблюдения на телескопе обрабатываются в Центре имени Годдарда и через год становятся доступными для ученых всего мира. Любой исследователь в любой стране и в любом месте получает доступ к этой уникальной научной информации совершенно бесплатно через интернет. В этой связи нелишне будет напомнить, что сеанс наблюдений на телескопе Хаббла в течение 3-4 оборотов вокруг Земли обходится налогоплательщикам США в сумму около полумиллиона долларов.

Естественно, что астрономы и астрофизики сотен лабораторий и университетов многих стран вкладывают интеллектуальный и финансовый потенциал, вероятно, сравнимого масштаба в интерпретацию полученных наблюдательных данных. Более того, программа наблюдений на Хаббле строится на конкурсной основе с международным участием и охватывает как нашу Солнечную систему, нашу Галактику, так и громадное внегалактическое пространство - другие галактики вплоть до окраин Вселенной.

Но вернемся к лазеру в окрестности звезды Эта Карина - самой яркой и массивной в нашей Галактике... В чем суть космического лазерного эффекта?

Лазерный эффект в оптическом диапазоне я предсказал много лет назад после открытия микроволновых мазеров, действующих в межзвездных облаках. Лазеры требуют более интенсивного возбуждения, или, как говорят, накачки. Такие условия существуют в атмосферах звезд, но лазерный эффект трудно наблюдаем в них на фоне интенсивного излучения самой звезды. Эта Карина находится на расстоянии примерно 8 тысяч световых лет от нас. Это крайне нестабильная звезда. Она взорвалась 150 лет назад, и во время взрыва наблюдалась в Южном полушарии как вторая ярчайшая (после Сириуса) звезда.

В результате взрыва звезды в окружающее пространство было выброшено огромное количество вещества в виде атомов всех элементов периодической таблицы Менделеева. Атомы в окрестности звезды ионизуются высокотемпературным (20-30 тысяч градусов) излучением ее поверхности (фотосферы звезды). Именно в смеси ионизованных атомов в газовых облаках, то есть разреженной околозвездной плазме, вблизи звезды возникает, как и в обычном лазере, неравновесное состояние и происходит индуцированное излучение фотонов на квантовых переходах, в нашем случае ионов железа. Правда, в космосе нет зеркал, и потому лазерное излучение ненаправленно, то есть происходит во всех направлениях, в том числе и в направлении Земли.

Основной компонент выброшенного звездой вещества - водород, и именно его интенсивное монохроматическое излучение, возникающее под действием излучения центральной звезды Эта Карина, обеспечивает накачку уровней ионов железа космического лазера. В результате слабые спектральные линии ионов железа, составляющие примерно 0,01% долю околозвездного вещества, становятся яркими лазерными линиями. Телескоп Хаббла позволяет наблюдать излучение этих лазерных околозвездных областей отдельно от излучения звезды благодаря его исключительному угловому разрешению. Именно поэтому этот эффект и удалось обнаружить. По существу, окружение этой яркой звезды (она ярче Солнца в несколько миллионов раз) является гигантской естественной лабораторией атомной физики и спектроскопии.

Профессор Йоханссон из Института астрономии Лундского университета (Швеция) и я в последние годы исследуем необычные атомно-физические процессы в окрестности этой звезды, наблюдаемые с помощью уникальной спектральной аппаратуры хаббловского телескопа. В ходе этих исследований нам удалось обнаружить ряд интереснейших эффектов, ранее не наблюдавшихся в астрофизических условиях, в том числе лазерный эффект. Эти исследования мы проводили совместно с доктором Гуллом из Годдардского космического центра.

А что это дает для науки, например для астрофизики?

Нестабильные взрывающиеся звезды, их называют сверхновыми, - уникальные объекты в космосе. Звезда Эта Карина - ближайшая к нам сверхновая, которая может быть изучена гораздо более детально, чем удаленные сверхновые звезды. Астрофизики пока не знают природу этих взрывов, и поэтому наблюдение выброшенного в околозвездное пространство вещества, подсвеченного излучением звезды и потому наблюдаемого, является очень важным для понимания природы таких звездных взрывов. Кстати, взрыв последней сверхновой звезды, которая в пятьдесят раз дальше от нас, чем Эта Карина, был в 1987 году, и он был похож на взрыв Эта Карины. Кроме того, вполне возможно, что взрывы сверхновых звезд в нашей Галактике не проходят бесследно для нас, землян.

По большому счету общечеловеческий интерес имеют три глобальные проблемы: сам человек и жизнь, Земля, на которой он живет, и космос, в который он погружен. Все эти проблемы взаимосвязаны очевидным и далеко неочевидным, неясным пока для нас образом. И важно, что Россия вносит свой значительный вклад в этот процесс познания. Иногда этот вклад связан с технологическим прорывом и крупными финансовыми вложениями. (Вспомним наш стремительный прорыв в космос.) Сейчас волею судеб наш вклад больше связан с громадным интеллектуальным потенциалом России.

Недавно, выступая с научным сообщением на президиуме Российской академии наук по проблеме, требующей значительных финансовых затрат, пока еще не позволительных для России, я напомнил слова великого физика, основателя ядерной физики лорда Эрнеста Резерфорда, сказанные им в 30-е годы прошлого столетия в богатейшей Британской империи: "У нас нет денег, но мы должны думать". Такое чувство, что он говорил это для нас.

Телескоп VISTA сфотографировал в инфракрасных лучах одна из крупнейших туманностей Млечного Пути.

Прекрасное изображение туманности Киля, одной из самых больших и ярких туманностей на ночном небе, получено на телескопе VISTA в обсерватории ESO Параналь в Чили. Наблюдения в инфракрасных лучах позволили телескопу VISTA увидеть сквозь массы горячего газа и темной пыли, заполняющих туманность, множество звезд, как новорожденных, так и заканчивающих свой жизненный цикл.

Примерно в 7500 световых лет от нас, в созвездии Киля (Carina), находится туманность, внутри которой бок о бок друг с другом рождаются и умирают звезды. Эти бурные процессы и формируют туманность Киля – гигантское динамически развивающееся облако межзвездного газа и пыли.

В его недрах массивные звезды испускают мощное излучение, под воздействием которого светится окружающий их газ. По контрасту с этим соседние области туманности содержат темные массы пыли, внутри которых скрываются новорожденные звезды. Таким образом, между звездами и пылью в туманности Киля идет непрекращающаяся битва, и новообразованные звезды в ней побеждают: испускаемые ими высокоэнергетическое излучение и звездный ветер испаряют и рассеивают пылевые звездные ясли, в которых они родились.

Туманность Карина простирается более, чем на 300 световых лет. Это одна из крупнейших областей звездобразования в Млечном Пути. Темной ночью ее легко увидеть на небе невооруженным глазом. Но, к огорчению тех из нас, кто живет на севере, она видна только в южном полушарии, так как лежит на 60 градусов к югу от небесного экватора.

Внутри этой замечательной туманности находится объект, пользующийся славой самой необычной из известных звездных систем – Эта Киля. Эта чудовищная двойная звезда является самой мощной по энерговыделению в окружающей ее области. В 30-х годах XIX века она была одним из самых ярких объектов на небе, но с тех пор ее светимость резко упала. Она заканчивает свой жизненный цикл, но остается одной из самых массивных и ярких звезд Млечного Пути.

На приводимом снимке Эту Киля можно видеть как часть яркого светового пятна сразу над вершиной V-образной детали, образованной пылевыми облаками. Справа от Эты Киля, также внутри туманности Карина, лежит относительно маленькая туманность «Замочная Скважина» -компактное и плотное облако холодного молекулярного газа, в котором находится несколько массивных звезд. Вид этой туманности тоже резко изменился за последние столетия.

Туманность Киля была открыта в 1750-х годах находившимся тогда на мысе Доброй Надежды Николя Луи де Лакайлем (Nicolas Louis de Lacaille). С тех пор было получено огромное количество ее изображений. Но снимок, полученный с обзорным телескопом видимого и инфракрасного диапазона VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) дает изображение в широком поле в беспрецедентных подробностях. Высокая чувствительность приемника в инфракрасной области позволила выявить агломерации молодых звезд, скрытых внутри пылевых облаков, которые заполняют туманность. В 2014 г. при помощи телескопа VISTA в туманности Киля было выявлено около пяти миллионов индивидуальных источников инфракрасного излучения, что позволило составить объективное представление о масштабах происходящего в ней звездообразования. VISTA – крупнейший в мире широкоугольный телескоп инфракрасного диапазона, специализирующийся на обозрениях неба. Большой диаметр его главного зеркала, широкое поле зрения и высокочувствительные приемники позволяют астрономам получать совершенно новые изображения объектов южного неба.

Созвездие Киль известно уже много столетий, оно расположилось в южном полушарии небесного свода и включает в свой состав 206 звезд, доступных для наблюдения невооруженным глазом.

Канопус над пустыней вершин — Национальный парк Намбунг — Западная Австралия

Среди звезд созвездия Киль находится , которая обладает вторым местом по яркости среди всех звезд (после ) и является альфой созвездия Киль. Киль содержит в своем составе интересные астеризмы – парочку Крестов: Бриллиантовый и Ложный, а также несколько довольно ярких и привлекательных для изучения туманностей, и галактик. Среди последних – Южные Плеяды и Бриллиантовое скопление, которые можно наблюдать без помощи оптики.

Местонахождение на небосводе

Созвездие Киль, вид в программе планетарии

Киль находится в окружении таких созвездий, как Летучая Рыба, Центавр, Хамелеон, Муха, Корма, Парус и Живописец. Чтобы его отыскать, надо обнаружить участок неба, который раньше назывался Корабль Арго, и в нижней части которого находится искомое созвездие. Узнать его можно по самой яркой звезде южных широт – Канопусу, который виден только ниже 37 параллели Северного полушария. Дополнительными ориентирами для обнаружения созвездия служат похожие на правильные ромбы Бриллиантовый и Ложный Кресты, которые не надо путать с Южным, находящимся еще южнее.

Чтобы увидеть Канопус, нужно отправиться на юг Греции или Туркмении, в Египет, Индию или Мексику. Его видимая величина равна -0,72 (для сравнения, у Сириуса -1,46). Диаметр этой звезды составляет 65 солнечных, она тяжелее нашего светила примерно в 8-9 раз, а излучает в 14 тысяч раз сильнее. Расстояние до Канопуса, согласно последним данным, оценивается в 96 парсек (310 световых лет). По звездной классификации его относят к сверхгигантам. Ранее он использовался мореплавателями для ориентирования в экваториальных водах и Южном полушарии. Российские системы астронавигации часто используют эту звезду как основную (резервная – Сириус).

Авиор

Авиор – это вторая по яркости звезда Киля, обладающая видимой звездной величиной равной 1,86. Наблюдать ее можно южнее Канопуса, начиная с 30 параллели Северного полушария. Об этой звезде известно, что она двойная звезда и удалена от Солнечной системы приблизительно на 630 световых лет. Пару в нем образуют доживающий свою жизнь оранжевый гигант и горячее голубое светило класса B2 V, время от времени закрывающие друг друга, что приводит к циклическому изменению их общей яркости на 0,1 звездную величину.

Эта Киля

Эта Киля – некогда вторая звезда небосвода по видимой яркости. Достигнув максимума свечения в 1843 году, она стала резко блекнуть и уже в 1870 перестала быть заметной невооруженному глазу. Тем не менее, она продолжает активно излучать в инфракрасном диапазоне, что можно зафиксировать специальными приборами. Считается, что это не одна звезда, а система, состоящая как минимум из двух светил, большее из которых имело массу в 150 раз выше, чем у Солнца, при этом сбросив уже 30 масс Солнца в окружающее пространство. Вторая звезда – в пять раз легче. Окружена система туманностями Киля, Гомункул и Замочная Скважина. Две последние являются результатом сброса звездного вещества большей из звезд.

Туманность Гомункул

Звезда Эта Киля — белая точка в центре изображения, на стыке двух лопастей туманности Гомункул

Своему рождению Гомункул обязан выбросу звездного вещества звезды эта Киля, произошедшему в 1842 году. Туманность стала видна на небосводе в начале XX века, когда она достигла размеров равных 0,7 светового года. Гомункул обладает газодинамической неустойчивостью, а потому имеет комковатый и постоянно изменяющийся вид. Внутри этой туманности была обнаружена более скромная (получившая название Маленький Гомункул), рожденная во время второго, менее мощного взрыва Эта Киля, произошедшего в конце XIX века.

Астеризмы Киля

Астеризм Бриллиантовый Крест

Созвездие известно двумя астеризмами. Один из них – Бриллиантовый Крест, который состоит из четырех довольно ярких звезд, образующих на небосводе ромб, практически правильной формы. На его вершинах расположились бета, тета, ипсилон и омега Киля.

Второй – Ложный Крест – расположился на границе с Парусами и включает по два светила из каждого созвездия. Оба астеризма имеют большое сходство с Южным Крестом, что неоднократно приводило к навигационным ошибкам мореплавателей, впервые пересекавших экватор.

История созвездия

Первоначально звездный атлас, созданный еще Птоломеем, содержал большое созвездие, которое называлось Корабль Арго. После совершения своей южной экспедиции, посвященной изучению небосвода ранее малодоступных жителям Северного полушария широт, Лакайль предложил разделить его на несколько по конструктивному признаку. Так появились Паруса, Киль и Корма. К ним был добавлен Компас, который ранее не входил в состав большого созвездия. Такие глобальные изменения карты небосвода произошли в 1752 году и в своей основе сохранились и к настоящему времени.

Список созвездий весеннего неба

В созвездии Киля (лат. Сarina) – его хорошо видно в Южном полушарии, – на расстоянии 7-10 тысяч световых лет от Земли располагается звезда Эта Карины (Eta Carinae). Ее масса составляет от 100 до 120 солнечных масс, а светимость в 4–5 миллиона раз выше, чем у Солнца.

Астрономы по праву называют ее «таинственной звездой». Судьба ее, можно сказать, начертана на небесах. Эта Карины принадлежит к классу нестабильных голубых гигантов. Подобные звезды очень быстро расходуют содержащийся в их недрах водород и по прошествии нескольких миллионов лет взрываются в виде сверхновой или, может быть, даже гиперновой звезды. На месте взорвавшегося светила остается лишь черная дыра.

Примечательна Эта Карины своими периодическими вспышками и соответственно изменениями яркости (видимого блеска). В 1677 году Эдмунд Галлей, внося ее в каталог, обозначил ее как звезду 4-й величины. Однако уже к 1730 году она стала одной из самых ярких звезд в созвездии Киля. В 1782 году она вновь потускнела до своей прежней величины. Затем, начиная с 1820 года, ее яркость стала нарастать. Так, в 1827 году она светилась уже в 10 раз ярче, чем за несколько лет до этого, а по прошествии десяти лет, в 1837 году, произошла ее ярчайшая вспышка. В то время лишь Сириус пылал на небосводе ярче, чем эта звезда, пережившая взрыв, но не уничтоженная им. «Никогда прежде, – писал британский астроном Джон Гершель, находившийся в ту пору в Южной Африке, – я не видел такого великолепия». Во второй половине XIX века Эта Карины очень заметно потускнела. Наконец, с 1900 по 1940 год ее можно было наблюдать лишь в телескоп.

Эта Карины известна своими периодическими вспышками и соответственно изменениями яркости

Как известно, звездные величины обозначают индексом m (от латинского magnitudo – «величина»), который ставят вверху после числового значения. Например, яркость Полярной звезды составляет 2,3 m . Исторически сложилось так, что наиболее яркими звездами считались звезды 1-й величины, наиболее слабыми – 6-й величины. С появлением оптических приборов эта шкала необычайно расширилась: уже в бинокль можно увидеть звезды, чей блеск равен 10 m , а в телескоп – 29 m . Видимый блеск самых ярких звезд и планет стали обозначать в отрицательных звездных величинах, например, блеск Венеры (-4 m) и Луны (-11 m).

Так вот, видимый блеск Эта Карины в 1900–1940 годах составляла от 7 до 8 m , в то время как в 1843 году обозначался отрицательной величиной (-0,8 m). Но в годы Второй мировой войны Эта Карины мало-помалу начала разгораться. Теперь ее вновь можно было заметить на небосводе. В 1998–1999 годах ее яркость в течение 18 месяцев удвоилась.

Что же происходит с этой звездой? После памятного взрыва, состоявшегося в 1837 году, Эта Карины сбросила не всю свою оболочку, а лишь малую ее часть (впрочем, и та весила примерно в три раза больше, чем Солнце). «Очевидно, эта звезда напоминает громадный паровой котел, – комментирует немецкий астроном Керстин Вайс. – Когда давление в ее недрах нарастает, она сбрасывает немного пара».

Впоследствии облака газа и пыли, выброшенные в космос, заслонили от нас звезду. Возникла туманность Карины, протянувшаяся на две с лишним сотни световых лет. Однако превращения звезды на этом не кончились, хотя она исчезла из поля нашего зрения. Ее газовое ядро осталось, пережив катаклизм. Как показывают фотографии, сделанные телескопом «Хаббл», это ядро все еще бурлит, яркость звезды внезапно возрастает. Возможно, полагает Керстин Вайс, «шлейф газа и пыли, образовавшийся полтора века назад, теперь вытянулся настолько, что сквозь него стала просвечивать Эта Карины». Когда-нибудь она еще засияет ярче всех других звезд.

Наблюдая за туманностью, окружающей эту звезду и сформированной из материала, который она извергала во время вспышек, астрономы пришли к выводу, что подобные катастрофы наблюдались, например, в XV веке, а также в конце I тысячелетия нашей эры. О последнем напоминает образование в виде подковы, достигающее в поперечнике 2 световых лет и обнаруженное рентгеновским телескопом «Чандра» в 1999 году. Температура газа внутри этого полукольца, в непосредственной близости от звезды, составляет 60 миллионов кельвинов, а снаружи – там, где газовая оболочка, отторгнутая ей, сталкивается с межзвездным веществом – все еще достигает примерно 3 миллионов кельвинов.

Астрономы пока безуспешно пытаются найти хоть какие-то исторические свидетельства, сообщающие о вспышках этой звезды в далеком прошлом. Единственный текст, на который они обратили внимание, это шумерский миф, сложившийся в IV тысячелетии до нашей эры. Он повествует о боге Энки, который является людям в обличье звезды, меняющей свою яркость. Однако нет никаких упоминаний о том, в какой части небосвода пребывал Энки, и, значит с звездой Эта Карины его можно связывать лишь гипотетически.

Причина вспышек, время от времени сотрясающих эту звезду, пока еще не вполне понятна ученым. Возможно, нестабильность Эта Карины обусловлена ее массой. Мощная сила гравитации скрепляет остов этого гиганта, но в его недрах вовсю идет термоядерная реакция. Звезду буквально распирает изнутри. Пока две эти силы находятся в равновесии, поток излучения сдерживается. Однако их паритет обманчив. Достаточно какого-то внешнего фактора, и произойдет такой же мощный взрыв, как и полтора века назад.

В спектре Эта Карины астрономы выявили периодические изменения. Они указывают на то, что на самом деле речь идет о двойной звездной системе, состоящей из объектов, которые обращаются относительно друг друга с периодичностью примерно в 5,54 года. Именно через такой промежуток времени рентгеновское излучение, исходящее из центральной части Эта Карины, уменьшается до минимума. Этот феномен можно объяснить тем, что один из объектов, составляющих звездную пару, закрывает другой. Источником рентгеновского излучения может быть столкновение звездных ветров – потоков заряженных частиц, испускаемых каждым из этих двух объектов. Впрочем, пока не создана убедительная модель, которая объяснила бы все странности и загадки звезды Эта Карины, хотя у астрономов остается все меньше сомнений в том, что это – двойная звезда.

В 2003 году Вольфганг Кундт и Кристоф Хилеманс, впрочем, высказали гипотезу, превращающую звезду Эта Карины в тройную звезду, которая состоит из двух «нормальных» звезд, чья масса составляет порядка 60 солнечных масс, а также нейтронной звезды. В любом случае, она – уникальный объект, ведь она расположена в относительной близости от Земли.

По признанию ученых, Эта Карины, находящаяся на одной из последних стадий своего развития, является одним из самых интересных объектов для всех, кто изучает эволюцию звезд. При тех катастрофах, которые она пережила, звезду обычно разрывает на части. Она же, удивляются астрономы, «как-то уцелела». Вот и в следующий раз она может выжить после катастрофы, а может и окончательно погибнуть. В любом случае, в ближайшие 100 тысяч лет она полностью взорвется и станет сверхновой.

Ее гибель вроде бы ничем не грозит Земле – разве что порадует всех любителей звездного неба (а кто из нас хоть раз в жизни не глядел завороженно на него?). По словам американского астрофизика Марио Ливио, «это будет самое эффектное звездное шоу за всю историю человечества». Чего доброго, после взрыва Эта Карины в Южном полушарии станет так светло по ночам, что можно будет сутки напролет читать, например, справочник о поведении сверхновых, даже не включая электрический свет, иронизирует астроном Дэвид Пули из Берклийского университета. Когда-нибудь это произойдет. Когда?

<<< Назад

Вперед >>>