Все новости

На самых горячих и ярких звездах нашли волны. Это позволит лучше понять и происхождение нашей планеты

Астрофизики пришли к выводу, что поверхность самых ярких и массивных звезд во Вселенной — голубых гигантов — покрыта гравитационными волнами (но отнюдь не теми, о которых вы, вероятно, подумали). Это открытие позволит уточнить устройство этих объектов, в недрах которых появилась значительная часть тяжелых элементов.

Большая часть нашей планеты состоит из железа, кислорода, кремния и магния — на долю этих элементов приходится около 90% массы Земли. Но ни один из этих элементов не входит в перечень наиболее распространенных во Вселенной: космос по большей части заполнен водородом с небольшой примесью гелия. Остальная часть таблицы Менделеева синтезируется во время термоядерных реакций.

Таким образом, наша планета почти полностью состоит из материи, прошедшей через недра звезд. Чем масса звезды больше, тем сильнее давление в ее центре, тем выше там температура и тем быстрее идут термоядерные реакции. Поэтому самые массивные звезды одновременно и самые короткоживущие. Голубые сверхгиганты живут всего несколько десятков миллионов лет, зато их яркость превышает солнечную по меньшей мере в десятки тысяч раз. После выгорания легких элементов они взрываются и выбрасывают огромное количество тяжелых изотопов.

Читайте также: Гигант с окраины. Ученые считают заявление о существовании Девятой планеты убедительным

Несмотря на свою важность для эволюции галактик, голубые сверхгиганты встречаются достаточно редко. Как отмечают авторы новой публикации в Nature Astronomy, до появления космических телескопов астрономы знали лишь несколько таких звезд и представления ученых об их устройстве были далеко не полны. Но новые наблюдения, проведенные при помощи орбитальных обсерваторий «Кеплер» и TESS, показали, что поверхность сверхгигантов покрыта волнами, изучение которых может дать много дополнительной информации. Например, по таким волнам можно точнее определить возраст звезды и, как считают астрофизики, даже скорость перемешивания вещества в недрах светила.

Голубой сверхгигант Гамма Ориона (слева) в сравнении с Солнцем (в центре), красным карликом и планетами-гигантами (снизу)
Описание
Голубой сверхгигант Гамма Ориона (слева) в сравнении с Солнцем (в центре), красным карликом и планетами-гигантами (снизу)

Анализ волн на поверхности звезд астрономы использовали и ранее (с конца XX столетия) для изучения более распространенных объектов. Этот метод известен как астросейсмология. Он основан на наблюдениях из космоса: только там, вне атмосферы, которая часто вносит разнообразные искажения, можно длительное время наблюдать за звездой и измерять ее блеск с высокой точностью.

При этом у самого телескопа не обязательно должна быть очень большая апертура, то есть диаметр объектива. Запущенный в 2018 году TESS, например, по этому показателю весьма скромен (линзовый объектив диаметром 105 мм ближе к профессиональной фотооптике, а не к «Хабблу» с его 2,1-метровым зеркалом). Изучая колебания яркости светила, астрономы могут и обнаружить обращающиеся вокруг планеты (если те затмевают диск звезды), и выявить волны на поверхности.

Читайте также:  Четыре дома, школа и два телескопа. Алексей Моисеев — о САО РАН, жизни в Карачаево-Черкесии и об астрономии в России

Эти волны астрофизики называют гравитационными, но они не имеют ничего общего с теми возмущениями пространства-времени, которые возникают при экстремальных процессах вроде слияния черных дыр. Гравитационные волны на голубом гиганте по своей природе похожи на волны на поверхности воды: сила притяжения задает начальный уровень вещества (уровень моря, например), а некие внешние силы вроде ветра отклоняют его вверх или вниз. На поверхности звезды волна состоит не из воды, а из раскаленной плазмы, которая возмущается не из-за ветра, а из-за движущихся внутри конвективных потоков. Но в целом эти волны можно описывать теми же математическими моделями, которые разработаны для земных случаев.

Ученые смоделировали внешний слой голубых сверхигагнтов и затем сопоставили результат моделирования с наблюдениями. Оказалось, что модель достаточно корректно описывает реальность. А поскольку волны порождаются силами изнутри звезды и сейчас в распоряжении астрономов есть космические телескопы с возможностью долговременных наблюдений даже за довольно редкими звездами, то исследователи рассчитывают в ближайшие годы получить при помощи открытых ими волн информацию о процессах внутри тех звезд, которые сыграли едва ли не ключевую роль в формировании и Галактики в целом, и нашей планеты в частности.

 Алексей Тимошенко