Многолетнее наблюдение за древней звездой T Ursae Minoris вывело понимание эволюции звезд на новый уровень

Жизнь звезд прогрессирует очень постепенно, — большую часть времени мы не можем обнаружить течение времени в этих объектах. Хорошо известным исключением из этого правила является взрыв сверхновой, но подавляющее большинство звезд не испытывают эту фазу. Звезды, похожие на Солнце, заканчивают свою жизнь гораздо спокойнее: через несколько миллиардов лет они превращаются в красных сверхгигантов, а затем в планетарные туманности и оставляют после себя лишь маленького белого карлика в качестве остатка.

Астрономы собрали доказательства этой последовательности, наблюдая миллионы звезд, каждую с разным возрастом и массой, и вычисляя «типичное» или среднее поведение, используя звездные модели. Однако трудно найти прямое доказательство того, что какая-то конкретная звезда следует по этому пути.

Исследователи из обсерватории Конколи Венгерской академии наук, д-р Ласло Мольнар и д-р Ласло Кисс, и их международный коллега д-р Меридит Джойс из Австралийского национального университета смогли найти прямые доказательства этой эволюции благодаря небольшому отрезку времени в самом конце жизни малых звезд.

В течение последних нескольких миллионов лет, во время перехода звезды из красного гиганта в белого карлика, производство энергии в звезде становится нестабильным. Во время этой фазы ядерный синтез вспыхивает глубоко внутри, вызывая тепловые импульсы. Эти импульсы вызывают резкие, быстрые изменения в размере и яркости звезды — видимые на протяжении веков. Таким образом, тепловой импульс может быть замечен в течение человеческих жизни, но только в том случае, если время выбрано правильно, и мы знаем, где искать его признаки.

Идентификации помогает тот факт, что старые звезды также являются переменными звездами. Звуковые волны заставляют их периодически расширяться и сжиматься, создавая пульсации в течение годичных циклов. За этими медленными, но очень заметными вариациями света во многих звездах, включая T UMi, уже более столетия следуют поколения профессиональных и любительских астрономов. Несмотря на схожие термины, пульсация и тепловые импульсы являются двумя различными явлениями, и мы можем использовать первое для поиска характерных признаков последнего: когда звезда сжимается во время импульса, звуковые волны достигают границ быстрее, сокращая длительные периоды пульсации.

T UMi не была особенно замечательной переменной звездой до 1980-х годов, когда период ее пульсации начал резко сокращаться. Предполагалось, что тепловой импульс был причиной этого беспрецедентно быстрого изменения венгерскими астрономами в начале 2000-х годов, но звездные эволюционные модели не были достаточно точными, чтобы сопоставить наблюдения с теорией до недавнего времени.

Венгерские исследователи давно намеревались по-новому взглянуть на T UMi, когда стали доступны лучшие инструменты и больше данных. Как объяснил д-р Кисс, «сегодня, во втором десятилетии 2000-х годов, мы можем моделировать внутренние структуры, эволюцию и колебания звезд с беспрецедентной детализацией и точностью благодаря огромным достижениям в области численной астрофизики. Теоретическое понимание T Ursae Minoris стала реальной возможностью только за последние 4–5 лет, но ее исследование никогда не снималось с научной повестки».

Терпение ученых окупилось, поскольку данные, собранные всемирной сетью наблюдателей Американской ассоциации наблюдателей с изменяющейся звездой (AAVSO) за последнее десятилетие, оказались крайне важными: они показали, что в звезде появился второй режим пульсации. Эти две различные звуковые волны «расстраиваются» по мере сжатия звезды, что позволяет определить свойства звезды с гораздо большей точностью, чем когда-либо прежде.

Детальное физическое моделирование звезды было проведено ведущим исследователем доктором Меридит Джойс в Австралийском национальном университете в Канберре, Австралия. Благодаря сотрудничеству астрономы воспроизвели поведение T UMi с помощью современных кодов звездной эволюции и пульсации.