Хаббл находит ошеломляющие подробности о молодой звезде FU Ориона

Это художественное представление ранних стадий вспышки молодой звезды FU Orionis (FU Ori), окруженной диском материала. Группа астрономов использовала ультрафиолетовые возможности космического телескопа Хаббл, чтобы узнать больше о взаимодействии между звездной поверхностью FU Ori и аккреционным диском, который сбрасывал газ на растущую звезду в течение почти 90 лет. Они обнаружили, что внутренний диск, касающийся звезды, намного горячее, чем ожидалось — 16 000 кельвинов — почти в три раза выше температуры поверхности нашего Солнца. Эта испепеляющая температура почти в два раза выше, чем считалось ранее. Автор: NASA-JPL, Caltech

В 1936 году астрономы увидели загадочное событие в созвездии Ориона: молодая звезда FU Orionis (FU Ori) стала в сто раз ярче за несколько месяцев. На пике своего блеска FU Ori была в 100 раз ярче нашего Солнца. Однако, в отличие от взрывающейся звезды, с тех пор ее светимость снижалась лишь вяло.

Теперь группа астрономов использовала ультрафиолетовые возможности космического телескопа Хаббл НАСА, чтобы узнать больше о взаимодействии между звездной поверхностью FU Ori и аккреционным диском, который сбрасывал газ на растущую звезду в течение почти 90 лет. Они обнаружили, что внутренний диск, касающийся звезды, необычайно горячий, что бросает вызов общепринятым взглядам.

Эти результаты опубликованы в The Astrophysical Journal Letters.

Наблюдения проводились с помощью инструментов телескопа COS (Cosmic Origins Spectrograph) и STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph). Данные включают в себя первые спектры дальнего ультрафиолета и новые спектры ближнего ультрафиолета FU Ori.

«Мы надеялись проверить самую горячую часть модели аккреционного диска, определить ее максимальную температуру, проводя измерения ближе к внутреннему краю аккреционного диска, чем когда-либо прежде», — сказала Линн Хилленбранд из Калтеха в Пасадене, Калифорния, и соавтор статьи. «Я думаю, была некоторая надежда, что мы увидим что-то дополнительное, например, интерфейс между звездой и ее диском, но мы определенно не ожидали этого. Тот факт, что мы увидели так много дополнительного — он был намного ярче в ультрафиолете, чем мы предсказывали, — был большим сюрпризом».

Лучшее понимание звездной аккреции

Первоначально считавшаяся уникальным случаем среди звезд, FU Ori является примером класса молодых, извергающихся звезд, которые претерпевают резкие изменения яркости. Эти объекты являются подмножеством классических звезд типа T Тельца, которые являются новообразованными звездами, которые формируются путем аккреции материала из своего диска и окружающей туманности. У классических звезд типа T Тельца диск не касается звезды напрямую, поскольку он ограничен внешним давлением магнитного поля звезды.

Однако аккреционные диски вокруг объектов FU Ori подвержены нестабильности из-за их огромной массы относительно центральной звезды, взаимодействия с двойным компаньоном или падающим материалом. Такая нестабильность означает, что скорость аккреции массы может резко измениться. Увеличенный темп нарушает тонкий баланс между магнитным полем звезды и внутренним краем диска, что приводит к тому, что материал приближается и в конечном итоге касается поверхности звезды.

Повышенная скорость падения и близость аккреционного диска к звезде делают объекты FU Ori намного ярче, чем типичная звезда типа T Tauri. Фактически, во время вспышки сама звезда затмевается диском. Более того, материал диска быстро вращается по орбите по мере приближения к звезде, намного быстрее скорости вращения поверхности звезды. Это означает, что должна быть область, где диск сталкивается со звездой, и материал замедляется и значительно нагревается.

«Данные Хаббла указывают на гораздо более горячую область удара, чем предсказывали модели ранее», — сказал Адольфо Карвальо из Калтеха и ведущий автор исследования. «В FU Ori температура составляет 16 000 кельвинов [почти в три раза больше температуры поверхности нашего Солнца]. Эта испепеляющая температура почти в два раза превышает значение, рассчитанное предыдущими моделями. Это бросает вызов и побуждает нас задуматься о том, как можно объяснить такой скачок температуры».

Чтобы устранить значительную разницу в температуре между прошлыми моделями и недавними наблюдениями Хаббла, группа предлагает пересмотренную интерпретацию геометрии внутренней области FU Ori: материал аккреционного диска приближается к звезде, и как только он достигает поверхности звезды, возникает горячая ударная волна, которая испускает много ультрафиолетового света.

Планета выживания вокруг FU Ori

Понимание механизмов процесса быстрой аккреции FU Ori в более широком смысле связано с идеями формирования и выживания планет.

«Наша пересмотренная модель, основанная на данных Хаббла, не является строго плохой новостью для эволюции планет, это своего рода смешанная картина», — объяснил Карвальо. «Если планета находится далеко в диске, когда она формируется, выбросы от объекта FU Ori должны влиять на то, какие химические вещества в конечном итоге унаследует планета. Но если формирующаяся планета находится очень близко к звезде, то это немного другая история. В течение пары выбросов любые планеты, которые формируются очень близко к звезде, могут быстро двигаться внутрь и в конечном итоге слиться с ней. Вы можете потерять — или, по крайней мере, полностью сжечь — каменистые планеты, формирующиеся близко к такой звезде».

Ведется дополнительная работа с наблюдениями Hubble UV. Команда тщательно анализирует различные спектральные линии излучения от нескольких элементов, присутствующих в спектре COS. Это должно дать дополнительные подсказки об окружающей среде FU Ori, например, о кинематике втекающего и вытекающего газа во внутренней области.

«Многие из этих молодых звезд спектроскопически очень богаты в дальнем ультрафиолетовом диапазоне длин волн», — размышлял Хилленбранд. «Сочетание Хаббла, его размера и покрытия длин волн, а также удачных обстоятельств FU Ori позволяет нам глубже заглянуть в двигатель этого увлекательного типа звезд, чем когда-либо прежде».

Больше информации: Adolfo S. Carvalho et al, A Far-ultraviolet-detected Accretion Shock at the Star–Disk Boundary of FU Ori, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad74eb