Псевдосверхновые: почему некоторые звезды устраивают грандиозные фейерверки, но не погибают

Если звезда внезапно становится в тысячи раз ярче, можно подумать, что это сверхновая — взрыв, означающий гибель светила. Однако иногда звезда продолжает жить. Такие мощнейшие, но несмертельные извержения астрономы называют «псевдосверхновыми», а сами звезды — «самозванцами».

Речь идет о массивных светилах, склонных к титаническим вспышкам, в ходе которых они выбрасывают огромное количество собственного вещества. Астрономы именуют явление «эруптивной потерей массы» и до сих пор пытаются до конца понять его механизм, пишет Space.com.

Почему их так трудно изучать

Разобраться в том, что представляют собой звезды-самозванцы, — все равно что измерить выбросы бушующего вулкана, не приближаясь к нему. Мы знаем, что это важно, но определить, сколько именно вещества выбрасывают звезды и какие силы запускают этот процесс, чрезвычайно сложно.

Современные методы измерения потери массы (например, с помощью инфракрасных или радиотелескопов) показывают лишь то, что происходит в данный момент. Однако звезды выбрасывают вещество неравномерно, отдельными вспышками, а не непрерывным потоком. А если усреднять данные по целым звездным скоплениям, теряются важные детали поведения отдельных звезд.

Десятилетиями астрономы создавали сложные компьютерные модели, чтобы предсказывать жизнь и смерть звезд. Но для по-настоящему гигантских светил модели часто дают сбой — симуляция просто не может довести их жизненный цикл до конца. Главная причина — все та же резкая потеря массы.

В моделях этот процесс описывают так: давление света отталкивает вещество от звезды, преодолевая предел ее стабильной светимости — так называемые сверхэддингтоновские условия. Однако ключевой параметр, определяющий силу вспышки — эффективность — оставался свободным. Никто не знал, какое значение ему приписать, а без этого невозможно понять эволюцию космических гигантов.

Новый подход: перепись красных сверхгигантов

Команда исследователей под руководством Шелли Дж. Ченг и ее коллег предложила иной путь. Вместо попыток измерить каждый выброс отдельной звезды они провели «перепись» красных сверхгигантов в ближайших галактиках — звездных популяциях Местной группы, куда входят и наши соседние галактики. Эти массивные звезды на поздних стадиях жизни раздуты, красноваты и ярко сияют; астрономы знают, где они находятся и как выглядят.

Современные широкоугольные обзоры неба (например, PanSTARRS1) позволили составлять карты красных гигантов в далеких галактиках. Такие наблюдения критически важны для сбора данных, необходимых для калибровки параметров потери массы при вспышках.

Исследователи использовали сложные модели звездной эволюции MESA и создали симуляции звездных скоплений — «фальшивые» галактики с разными начальными массами и возрастами звезд, похожие на реальные области звездообразования. Затем они сравнили предсказанную яркость этих модельных звезд с реальными наблюдениями красных сверхгигантов в Малом и Большом Магеллановых Облаках, а также в галактике Андромеды (М31).

Ключевое открытие: связь с металличностью

Оказалось, что загадочный параметр эффективности — не случайное число. Он четко связан с металличностью звезды: чем больше тяжелых элементов в ее составе, тем сильнее извержения. Металличность — астрономический термин, обозначающий содержание элементов тяжелее водорода и гелия.

При такой откалиброванной эруптивной потере массы звезды, изначально имеющие массу примерно в 20 раз больше солнечной, в моделях вообще не становятся красными сверхгигантами. Они сбрасывают столько вещества во время мощных вспышек, что полностью минуют эту фазу и эволюционируют по другому пути.

Взаимосвязь между потерей массы и металличностью выглядит убедительной, но ее предстоит проверить на большем количестве галактик, а не только на ближайших соседях — убедиться, что эта тенденция действительно универсальна. В будущих симуляциях также нужно выяснить: влияет ли металличность на сам запуск извержения или только на объем выброшенного вещества?

История «плюющихся» звезд далека от завершения, но каждое новое наблюдение и каждая усовершенствованная модель приоткрывают завесу тайны над тем, насколько динамичной и удивительной может быть жизнь звезды — даже когда она притворяется погибшей.