Астрономы впервые зафиксировали 130-летнюю эволюцию умирающей звезды

Планетарная туманность IC418, сияющая как многогранный драгоценный камень, находится на расстоянии около 2000 световых лет от Земли в созвездии Зайца. На этом снимке телескоп «Хаббл» выявляет удивительные текстуры, пронизывающие туманность. Их происхождение, однако, до сих пор остается неясным. Автор: NASA/ESA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Впервые в истории ученые напрямую отследили медленное превращение умирающей звезды на протяжении более чем столетия, обнаружив, что она нагревается быстрее, чем любая другая типичная звезда из когда-либо наблюдавшихся.

Исследование, опубликованное сегодня в The Astrophysical Journal Letters, отслеживает 130 лет изменений в «спирографической» планетарной туманности IC418 — светящейся оболочке из газа и пыли, сброшенной умирающей звездой на расстоянии около 4000 световых лет от Земли.

Собрав воедино наблюдения, начиная с 1893 года, когда астрономы впервые зафиксировали туманность визуально через телескоп, и до наших дней, ученые обнаружили, что характерное зеленое свечение туманности, излучаемое атомами кислорода, стало примерно в 2,5 раза ярче с тех пор, как ее впервые изучили астрономы викторианской эпохи.

Это изменение вызвано повышением температуры центральной звезды, которая выросла примерно на 3000°C с 1893 года, или примерно на 1000°C каждые 40 лет. Для сравнения, Солнце увеличило свою температуру на такую же величину во время своего формирования, но на это потребовалось 10 миллионов лет.

Однако, хотя звезда нагревается быстрее, чем когда-либо наблюдалось, это все же медленнее, чем предсказывали новейшие модели. Это ставит под сомнение текущие теории о том, как звезды стареют и умирают, и может заставить астрономов пересмотреть массы звезд, способных производить углерод — элемент, необходимый для жизни.

«Мы часто игнорируем научные данные, полученные в далеком прошлом. В данном случае эти данные выявили самую быструю эволюцию типичной звезды, которую когда-либо наблюдали напрямую. Прошлое показывает, что небеса не так неизменны, как мы можем думать», — говорит ведущий исследователь профессор Альберт Зейлстра.

Планетарная туманность знаменует одну из последних стадий жизни звезды. Когда ядро звезды становится нестабильным, оно сбрасывает свои внешние слои в космос. Оставшееся ядро быстро нагревается, заряжая энергией окружающий газ и пыль и формируя красивые структуры. В случае с IC418 это создает сложную вихревую структуру, которая принесла ей прозвище «туманность Спирограф». Наше Солнце ждет та же участь примерно через 5 миллиардов лет.

Хотя планетарные туманности обычно эволюционируют медленно, исследователи обнаружили, что IC418 меняется достаточно быстро, чтобы отслеживать изменения в течение человеческой жизни.

Это делает ее самой продолжительной и быстрой трансформацией, когда-либо зарегистрированной в планетарной туманности и, возможно, у любой звезды вообще.

Команда изучила 130 лет наблюдений с помощью самых разных телескопов — от измерений человеческим глазом в конце 1800-х годов до передовых технологий сегодняшнего дня. Они проверили, откалибровали и объединили данные, прежде чем сравнить их с детальными моделями звездной эволюции. Это позволило им измерить скорость нагрева звезды, определить ее текущую массу и даже оценить массу звезды до начала ее превращения.

Результаты дают редкое представление о том, как эволюционируют планетарные туманности, и предполагают, что ночное небо может меняться гораздо быстрее, чем мы обычно думаем.

«Мы считаем, что это исследование важно, поскольку оно предлагает уникальные прямые доказательства того, как эволюционируют центральные звезды планетарных туманностей. Это заставит нас пересмотреть некоторые из наших существующих моделей звездных жизненных циклов», — сказал соавтор исследования, профессор Квентин Паркер из Гонконгского университета.

Планетарные туманности, несмотря на название, не имеют отношения к планетам. Это название возникло в XVIII веке, когда астрономы Уильям Гершель и другие, наблюдая за этими объектами в небольшие телескопы, находили их визуально похожими на диски планет. Сегодня мы знаем, что это заключительный этап эволюции звезд малой и средней массы, подобных нашему Солнцу.