Загадочно медленные импульсы от старых гигантских звезд получили объяснение

Чрезвычайно медленные, устойчивые пульсации света от многих красных звезд-гигантов могут, наконец, получить объяснение.

Согласно новому анализу, эти загадочные флуктуации яркости вызваны не внутренними процессами, а двойными спутниками, скрытыми в облаках пыли, смываемой умирающими гигантами.

Когда звезды средней массы ниже массы Солнца примерно в восемь раз, достигают заката своей жизни, они претерпевают драматические изменения.

Соединив весь водород в своих ядрах с гелием, ядерный синтез внутри прекращается, и ядро ​​начинает сжиматься. Это приносит больше водорода в область непосредственно вокруг ядра, образуя водородную оболочку; затем снова начинается термоядерный синтез, сбрасывающий гелий в активную зону. Это называется горением водородной оболочки.

За это время внешние слои звезды сильно расширяются. Когда это в конечном итоге произойдет с Солнцем, например, оно расширится за орбиту Земли. Это ветвь красных гигантов звездной эволюции.

Красные звезды-гиганты часто немного колеблются по яркости в течение регулярных периодов. Красный гигант Бетельгейзе — прекрасный тому пример. У звезды несколько циклов яркости, один из которых длится около 425 дней, а другой — около 185 дней. Это вызвано акустическими волнами, которые изменяются внутри звезды, когда она расширяется, сжимается и снова расширяется.

Самый длинный из ее циклов более интересен. Это то, что мы называем «длинным вторичным периодом», и длится он 5,9 года. Не все звезды-гиганты обладают длительными вторичными периодами, но у многих из них есть — ученые обнаружили длительный вторичный период примерно у трети всех известных звезд-гигантов — и эти периоды нельзя объяснить таким же образом.

Было предложено несколько объяснений загадочных изменений в яркости умирающих звезд, в том числе различного рода внутренние колебания, магнитная активность или присутствие двойного компаньона.

Чтобы попытаться разобраться в вопросе, группа астрономов во главе с Игорем Сошиньским из Варшавского университета в Польше провела тщательное исследование красных гигантов с длинными вторичными периодами. На основе доступных данных обзора они сопоставили оптические и средние инфракрасные наблюдения 16000 этих звезд, из которых они вычленили около 700 звезд с четко определенной кривой инфракрасного блеска — графиком изменения света во времени — для более тщательного анализа.

При сравнении кривых блеска в оптическом и инфракрасном диапазонах обнаружилось несоответствие. На обоих кривых блеска всех звезд, как и ожидалось, был большой провал, соответствующий более тусклым периодам звезд. Но примерно для половины звезд было второе, меньшее падение только на инфракрасной кривой блеска, точно противоположное первичному падению.

По словам команды, это важный ключ к разгадке. Инфракрасный свет часто создается пылью — она ​​поглощает звездный свет и повторно излучает его на более длинных волнах.

Это может точно объяснить, что происходит вокруг красных гигантов. Если вокруг звезды вращается меньший спутник, который откачал материал из звезды и, следовательно, следует за длинным пылевым облаком, этот спутник будет производить длинный и сильный провал в звездном свете на всех длинах волн, когда он проходит между нами и звездой.

Затем, когда этот пыльный объект перемещается в сторону звезды, мы сможем видеть свет в средней инфракрасной области, поскольку свет звезды поглощается и переизлучается. Этот средний инфракрасный свет будет тускнеть, когда двойной спутник движется за звездой, только чтобы снова засветиться, когда спутник снова появится с другой стороны.

Согласно анализу команды, амплитуды кривых блеска предполагают, что спутником является либо звезда очень низкой массы, либо коричневый карлик. Но коричневые карлики — звезды, которые не стали достаточно большими, чтобы быть звездами, но стали слишком большими, чтобы быть планетами, — относительно редки.

Команда ученых заявила, что если бы спутниками были коричневые карлики, они могли бы начать свою жизнь как меньшие экзопланеты и откачивать материал из внешних оболочек красных гигантов. Это говорит о том, что у большинства красных гигантов с длинными вторичными периодами вращаются объекты, которые раньше были экзопланетами.

В свою очередь, как заявили исследователи, это открытие может позволить использовать звезды- гиганты с длинным вторичным периодом в качестве индикаторов для изучения планетарного населения Млечного Пути.

Исследование команды опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.

Источники: Фото: (Maciej Szyszko)