Умирающие звезды, подобные Солнцу, могут «пинать» себя в космосе: новая модель

Когда умирающие красные гиганты выбрасывают массу, считается, что они получают толчок в противоположном направлении. Новая модель, предложенная Джимом Фуллером из Калифорнийского технологического института, показывает, что такие звезды получат в общей сложности около 10 000 небольших толчков в течение своих последних лет, в результате чего они будут двигаться со скоростью около одного километра в секунду. Credit: Jim Fuller/Caltech

Когда звезды, подобные Солнцу, стареют, они расширяются, превращаясь в красных гигантов. На этом этапе их внешние слои бурлят и постепенно уходят в космос, а плотные ядра сжимаются, превращаясь в белых карликов. Поскольку это судьба большинства звезд, белые карлики являются одними из самых распространенных звездных остатков во Вселенной.

Новая модель теоретического астрофизика из Калифорнийского технологического института Джима Фуллера предполагает, что это превращение может быть гораздо менее упорядоченным, чем кажется. Его расчеты показывают, что неравномерные выбросы уходящего материала могут многократно толкать умирающую звезду в разных направлениях, давая ей тысячи небольших толчков до того, как белый карлик полностью сформируется.

Хаотичные извержения толкают умирающие звезды

«В этой модели сгустки материи хаотично выбрасываются с поверхности раздутых звезд асимметричным образом», — говорит Фуллер. «И каждый раз, когда это происходит, звезда получает небольшой толчок в противоположном направлении. Как сказал Ньютон, каждому действию есть равное и противоположно направленное противодействие».

Фуллер представил результаты на 248-м собрании Американского астрономического общества в Пасадене. Исследование было представлено в журнал Publications of the Astronomical Society of the Pacific.

Согласно расчетам Фуллера, звезда, приближающаяся к стадии белого карлика, может испытать примерно 10 000 небольших толчков в течение нескольких сотен тысяч лет. Каждый отдельный толчок сдвигал бы звезду всего на несколько метров в секунду. «Для человека это скорость медленной пробежки трусцой», — говорит он.

Тысячи толчков накапливаются

Хотя выбрасываемый материал запускается в случайных направлениях, толчки не компенсируют друг друга идеально. Со временем они производят общий сдвиг в одном направлении с помощью математического процесса, известного как случайное блуждание.

Простое сравнение — многократное подбрасывание монеты, чтобы решить, двигаться в одну сторону или в другую. Даже несмотря на то, что каждый шаг случаен, в конечном итоге вы окажетесь на некотором расстоянии от того места, откуда начали. Модель Фуллера предполагает, что совокупные толчки могут заставить умирающую звезду двигаться в случайном направлении со скоростью около 1 километра в секунду.

Некоторые объекты в космосе получают гораздо более сильные толчки. Когда массивная звезда взрывается как сверхновая, например, взрыв может запустить звездный остаток в одном направлении с высокой скоростью. Астрономы давно подозревали, что белые карлики также получают толчки, но этот процесс гораздо более мягкий, потому что эти звезды не взрываются.

Почему широкие двойные звезды распадаются

Доказательства толчков белых карликов получены из исследования, проведенного Каримом Эль-Бадри, доцентом астрономии Калифорнийского технологического института. Он обнаружил, что широко разделенные пары звезд, известные как двойные, встречаются реже после того, как один из членов пары становится белым карликом.

Новая модель предлагает возможное объяснение. Чистый толчок со скоростью около 1 километра в секунду может нарушить орбиту слабо связанной звездной пары, заставив две звезды разойтись.

«Если орбитальная скорость двойных систем меньше скорости толчка, широкие двойные системы станут гравитационно несвязанными», — объясняет Фуллер.

Фуллер разработал модель, используя наблюдения Эль-Бадри, а также компьютерное моделирование конвекции внутри стареющих красных гигантов. Это моделирование показывает, что бурлящий материал вблизи поверхности может вырываться неравномерно, а не утекать плавным, сбалансированным потоком.

Эта модель является первой, которая напрямую связывает множество случайно направленных событий выброса с движением, которое, как подозревают астрономы, получают белые карлики.

«Я рад видеть физическую модель, которая может объяснить это наблюдение, которое озадачивало меня в течение нескольких лет», — говорит Эль-Бадри.

Звездные толчки могут вызвать столкновения

Модель также делает новое предсказание. В некоторых двойных системах повторяющиеся толчки умирающего красного гиганта могут изменить его орбиту настолько, что он врежется в своего компаньона. Такое столкновение может вызвать взрыв.

Возможно, астрономы смогут в конечном итоге найти признаки этих violent звездных слияний, что позволит проверить, точно ли модель Фуллера описывает финальные стадии звезд, подобных Солнцу.

Представленное исследование под названием «Толчки белых карликов через эпизодический выброс массы из звезд-красных гигантов» было профинансировано Калифорнийским технологическим институтом.

Источники:

Материалы предоставлены Caltech. Оригинал написан Уитни Клавин.