Молодые звезды
Формирующиеся и очень молодые звезды часто окружены газопылевой оболочкой — остатками вещества, не успевшими еще упасть на звезду.
Оболочка не выпускает изнутри звездный свет и полностью перерабатывает его в инфракрасное излучение. Поэтому самые молодые звезды обычно проявляют себя лишь как мощные инфракрасные источники внутри газовых облаков.
На начальном этапе эволюция звезды очень сильно зависит от ее массы. Низкая светимость маломассивных звезд позволяет им надолго задержаться на стадии медленного сжатия. За это время оболочка успевает частично осесть на звезду, а также сформировать околозвездный газопылевой диск. Эволюция же массивной звезды протекает так быстро, что звезда проживает значительную часть жизни, окруженная остатками своей протозвездной оболочки, которую часто называют газопылевым коконом.
Диапазон масс новорожденных звезд простирается от нескольких сотых долей до 100 масс Солнца, причем маленькие звезды образуются значительно чаще, чем крупные. В среднем в Галактике ежегодно рождается примерно десяток звезд с общей массой около пяти масс Солнца. Примерно половина звезд рождаются одиночными. Остальные образуют двойные, тройные и более сложные системы. Чем больше компонентов, тем реже встречаются такие системы. Известны системы, содержащие до семи компонентов.
Большой интерес представляют не только индивидуальные и кратные молодые звезды, но и их коллективы. Молодые звезды сконцентрированы вблизи экваториальной плоскости Галактики, что совсем не удивительно: именно там находится слой межзвездного газа. На нашем небосводе молодые звезды большой светимости и нагретые ими газовые облака пролегли полосой Млечного Пути. Но если темной летней ночью внимательно посмотреть на небо, можно заметить, что в Млечном Пути выделяются отдельные «звездные облака». Эти обширные группировки молодых звезд получили название «звездные комплексы».
Исторически первыми были обнаружены и исследованы более компактные группы молодых звезд — рассеянные скопления, подобные Плеядам. Эти сравнительно плотные группы из нескольких сот или тысяч звезд, связанных взаимной гравитацией, успешно противостоят разрушающему влиянию гравитационного поля Галактики. Их происхождение не вызывает споров: предками таких скоплений являются плотные ядра межзвездных молекулярных облаков. Рассеянные скопления понемногу теряют свои звезды, но все же живут довольно долго: в среднем около 500 млн лет, а иногда и несколько миллиардов.
Часто молодые плотные скопления окружены разреженной короной из таких же молодых звезд. Нередко подобные короны встречаются и сами по себе, без центрального скопления. Их называют звездными ассоциациями. Обычно на фоне Млечного Пути выделяются лишь самые массивные и яркие члены. У некоторых из них замечены признаки расширения со скоростью 5–10 км/с, которое началось с самого рождения звезд. Причина, вероятно, в том, что массивные горячие звезды сразу после своего появления разогревают окружающий газ и изгоняют его из области звездообразования. С уходом газа эти области лишаются 70–95% своей массы и уже не могут удержать быстро движущиеся звезды, которые вслед за газом покидают место своего рождения за 10–20 млн лет.
Процесс формирования звезд очень сложен и во многом еще до конца не изучен. Известны галактики, богатые межзвездным веществом, но почти лишенные молодых звезд. А в других системах формирование звезд происходит так интенсивно, что напоминает взрыв. Понять, какие причины стимулируют звездообразование или, напротив, приглушают его, еще только предстоит.
Реактивные струи молодых звезд
При наблюдении формирующихся и молодых звезд астрономы обнаруживают в их окрестностях быстрые потоки газа, напоминающие реактивные струи, несущиеся в двух противоположных направлениях от звезды. По-видимому, каждая звезда проходит в своей молодости через эпоху образования сверхзвуковых потоков. Компьютерные модели движения газа с «вмороженным» в него магнитным полем в окрестности молодой звезды позволяют объяснить эти наблюдения. Падающий на звезду газ тянет за собой магнитное поле. Достигнув аккреционного диска, газ продолжает свое движение к звезде, увеличивая при этом скорость вращения. Но сжимающаяся протозвезда, будучи связанной через магнитное поле с внешними, медленно вращающимися областями газового диска, тормозит свое вращение.
Увлекаемые газом магнитные силовые линии закручиваются штопором, а уплотнившееся спиральное магнитное поле начинает толкать газ вдоль оси вращения в обе стороны от звезды. На ускоряющийся газ действуют газовое давление, магнитное давление и центробежная сила. В результате их конкуренции возникают колебания плотности газа, приводящие к дроблению потока на отдельные сгустки, летящие друг за другом, как пули. Они действительно наблюдаются в струях, летящих от звезд, и называются узелками.
Источник
Самая молодая звезда во вселенной
Нейтронная звезда — это невероятно плотный сгусток звездного материала, оставшийся после того, как массивная звезда становится сверхновой
Недавно обнаруженная нейтронная звезда, известная как Swift J1818.0-1607, поразительна: согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Astrophysical Journal Letters, ей всего около 240 лет – она настоящий новорожденный ребенок по космическим меркам.
Обсерватория Neil Gehrels Swift заметила молодой объект 12 марта, когда он выпустил массивный всплеск рентгеновских лучей. Последующие исследования обсерватории XMM-Newton Европейского космического агентства и телескопа NuSTAR НАСА, которым руководит Caltech и управляет Лаборатория реактивного движения агентства, выявили больше физических характеристик нейтронной звезды, включая те, которые использовались для оценки ее возраста.
Нейтронная звезда – это невероятно плотный сгусток звездного материала, оставшийся после того, как массивная звезда становится сверхновой.
Фактически, нейтронные звезды являются одними из самых плотных объектов во вселенной (уступая только черным дырам): чайная ложка материала нейтронной звезды весит 4 миллиарда тонн на Земле.
Атомы внутри нейтронной звезды так сильно сжаты вместе, что ведут себя так, как нигде больше. Swift J1818.0-1607 вмещает вдвое большую массу нашего Солнца в объем, более чем в триллион раз меньший.
С магнитным полем, которое в 1000 раз сильнее, чем у обычной нейтронной звезды, и примерно в 100 миллионов раз сильнее, чем самые мощные магниты, созданные человеком, Swift J1818.0-1607 принадлежит к особому классу объектов, называемых магнетарами, которые являются наиболее сильными магнитными объектами во вселенной.
И это, похоже, самый молодой магнит из когда-либо обнаруженных. Если возраст звезды подтвердится, это означает, что свет от звездного взрыва, который сформировал его, достиг Земли примерно в 1780 году, во время правления Екатерины Великой.
«Этот объект показывает нам более раннее время в жизни магнетара, чем мы когда-либо видели прежде, очень скоро после его создания», – сказала Нанда Ри из Института космических наук в Барселоне и главный исследователь кампаний XMM Newton и NuSTAR.
В то время как существует более 3000 известных нейтронных звезд, ученые определили только 31 подтвержденный магнетар – включая эту новейшую запись. Поскольку их физические свойства не могут быть воссозданы на Земле, нейтронные звезды (включая магнетары) являются естественными лабораториями для проверки нашего понимания физического мира.
Swift J1818.0-1607 расположен в созвездии Стрельца и относительно близко к Земле – всего на расстоянии около 16 000 световых лет. (Поскольку свету требуется время, чтобы пройти эти космические расстояния, мы видим свет, излучаемый нейтронной звездой около 16 000 лет назад, когда ей было около 240 лет.)
Многие научные модели предполагают, что физические свойства и поведение магнетаров меняются с возрастом и что магнетары могут быть наиболее активными, когда они моложе. Таким образом, поиск более молодого образца поможет улучшить эти модели.
Хотя нейтронные звезды имеют ширину всего от 15 до 30 км, они могут излучать огромные вспышки света наравне с гораздо более крупными объектами. В частности, магнетары были связаны с мощными извержениями, достаточно яркими, чтобы их можно было увидеть по всей вселенной.
Учитывая экстремальные физические характеристики магнетаров, ученые считают, что существует множество способов, с помощью которых они могут генерировать такое огромное количество энергии.
P. Esposito et al. A Very Young Radio-loud Magnetar, The Astrophysical Journal (2020). DOI: 10.3847/2041-8213/ab9742
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Самая молодая звезда во вселенной
Недавно обнаруженная нейтронная звезда, известная как Swift J1818.0-1607, поразительна: согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Astrophysical Journal Letters, ей всего около 240 лет – она настоящий новорожденный ребенок по космическим меркам.
Обсерватория Neil Gehrels Swift заметила молодой объект 12 марта, когда он выпустил массивный всплеск рентгеновских лучей. Последующие исследования обсерватории XMM-Newton Европейского космического агентства и телескопа NuSTAR НАСА , которым руководит Caltech и управляет Лаборатория реактивного движения агентства, выявили больше физических характеристик нейтронной звезды, включая те, которые использовались для оценки ее возраста.
Нейтронная звезда – это невероятно плотный сгусток звездного материала, оставшийся после того, как массивная звезда становится сверхновой.
Фактически, нейтронные звезды являются одними из самых плотных объектов во вселенной (уступая только черным дырам): чайная ложка материала нейтронной звезды весит 4 миллиарда тонн на Земле.
Атомы внутри нейтронной звезды так сильно сжаты вместе, что ведут себя так, как нигде больше. Swift J1818.0-1607 вмещает вдвое большую массу нашего Солнца в объем, более чем в триллион раз меньший.
С магнитным полем, которое в 1000 раз сильнее, чем у обычной нейтронной звезды, и примерно в 100 миллионов раз сильнее, чем самые мощные магниты, созданные человеком, Swift J1818.0-1607 принадлежит к особому классу объектов, называемых магнетарами, которые являются наиболее сильными магнитными объектами во вселенной.
И это, похоже, самый молодой магнит из когда-либо обнаруженных. Если возраст звезды подтвердится, это означает, что свет от звездного взрыва, который сформировал его, достиг Земли примерно в 1780 году, во время правления Екатерины Великой.
«Этот объект показывает нам более раннее время в жизни магнетара, чем мы когда-либо видели прежде, очень скоро после его создания», – сказала Нанда Ри из Института космических наук в Барселоне и главный исследователь кампаний XMM Newton и NuSTAR.
В то время как существует более 3000 известных нейтронных звезд, ученые определили только 31 подтвержденный магнетар – включая эту новейшую запись. Поскольку их физические свойства не могут быть воссозданы на Земле, нейтронные звезды (включая магнетары) являются естественными лабораториями для проверки нашего понимания физического мира.
Swift J1818.0-1607 расположен в созвездии Стрельца и относительно близко к Земле – всего на расстоянии около 16 000 световых лет. (Поскольку свету требуется время, чтобы пройти эти космические расстояния, мы видим свет, излучаемый нейтронной звездой около 16 000 лет назад, когда ей было около 240 лет.)
Многие научные модели предполагают, что физические свойства и поведение магнетаров меняются с возрастом и что магнетары могут быть наиболее активными, когда они моложе. Таким образом, поиск более молодого образца поможет улучшить эти модели.
Хотя нейтронные звезды имеют ширину всего от 15 до 30 км, они могут излучать огромные вспышки света наравне с гораздо более крупными объектами. В частности, магнетары были связаны с мощными извержениями, достаточно яркими, чтобы их можно было увидеть по всей вселенной.
Учитывая экстремальные физические характеристики магнетаров, ученые считают, что существует множество способов, с помощью которых они могут генерировать такое огромное количество энергии.
Источник
Миллениал в Магеллановом облаке: найдена самая молодая в истории нейтронная звезда
Ученые обнаружили уникальный объект — нейтронную звезду, которой всего 33 года отроду. Никогда еще астрономы не наблюдали подобных небесных тел столь юного возраста. Почему исследователи охотятся за нейтронными звездами и чем для них ценна нынешняя находка?
Крошка, ты невероятна
Звезды массой более десяти солнц заканчивают жизнь во впечатляющем катаклизме — взрыве сверхновой. При этом от былого светила остается разбросанный по окрестному космосу газ и пыль, да еще маленький плотный остаток — нейтронная звезда или (для самых массивных звезд) черная дыра.
Нейтронные звезды — подлинное сокровище для любителей эпитетов вроде «невероятно» и «потрясающе». Прежде всего, они чудовищно плотные. По меркам небесных тел это настоящие крошки: считанные километры в диаметре. А вот по массе они сравнимы с Солнцем. В результате кубический сантиметр их вещества весит сотни миллионов тонн. Такого давления не выдерживают даже атомные ядра.
При этом подобные махины весьма резво вертятся вокруг своей оси, делая один оборот за несколько секунд (а некоторые — даже за миллисекунды).
Наконец, у нейтронных звезд колоссальное магнитное поле. Некоторые из них (магнетары) являются самыми мощными магнитами во Вселенной.
Этот список странностей можно продолжать, но уже понятно главное: человечество не в силах создать ничего подобного. Поэтому физики смотрят на нейтронные звезды как на лабораторию, устроенную для них самой природой. Изучая эти мертвые светила, можно проникнуть в глубочайшие тайны законов, управляющих материей.
Астрономы открыли уже тысячи подобных небесных тел, но вопросов о них пока больше, чем ответов. Например, очень мало информации о том, каковы эти объекты сразу после рождения. Самым молодым известным нейтронным звездам несколько столетий (и то это редчайшие экземпляры), а типичный возраст исчисляется миллионами лет.
Все дело в том, что вспышки сверхновых (в которых, напомним, и рождаются нейтронные звезды) — довольно редкое явление. В нашей галактике Млечный Путь не зафиксировано ни одной вспышки со времен изобретения телескопа. Наблюдатели часто видят подобные катаклизмы только потому, что во Вселенной много галактик, а эти взрывы прекрасно видны на межгалактических расстояниях (они действительно очень яркие). Но о нейтронных звездах этого не скажешь. Поймать нейтронную звезду в телескоп чрезвычайно сложно, если она не находится совсем рядом с нами.
На 23 февраля, с любовью, Вселенная
Все изменилось 23 февраля 1987 года, когда Земли достиг свет сверхновой, взорвавшейся в Большом Магеллановом Облаке. Эта небольшая галактика — спутник нашей, и до места катаклизма оказалось всего 168 000 световых лет. Сверхновая 1987А стала самой близкой к Земле за несколько последних веков.
Одновременно со вспышкой света детекторы зафиксировали мощный поток нейтрино (легких частиц, не имеющих электрического заряда и почти не взаимодействующих с веществом). Это могло означать только одно: при взрыве образовалась нейтронная звезда, а не черная дыра.
Когда вспышка угасла, астрономы, затаив дыхание, взглянули на данные телескопов и… не столько выдохнули, сколько вздохнули. На месте взрыва красовалось плотное облако пыли, не оставляющее почти никакой надежды разглядеть, что же у него внутри.
Тридцать лет ученые штурмовали эту цель, используя все более мощные инструменты. Но добились успеха совсем недавно.
В 2019 году были опубликованы результаты наблюдения остатка сверхновой 1987А в радиотелескоп ALMA. Это самый мощный в мире инструмент для наблюдений на границе между радиоволнами и инфракрасным излучением. И одновременно — самый дорогой действующий наземный телескоп: на его строительство было потрачено около $1,5 млрд.
Эти вложения окупились сторицей. ALMA полностью вступила в строй только в 2013 году, но уже подарила человечеству множество впечатляющих открытий. В их числе инструмент принес астрономам и то, чего они так долго ждали: данные об объекте, скрытом в пылевом облаке на месте взрыва 1987А.
Ученые обнаружили, что в центре облака есть нечто, сильно нагревающее пыль и заставляющее ее ярко светиться на длинах волн, принимаемых ALMA.
«Мы были очень удивлены, увидев этот горячий пузырь, сформировавшийся в густом облаке пыли в остатке сверхновой, — рассказывает соавтор работы Микако Мацуура (Mikako Matsuura) из Кардиффского университета в Великобритании. — В облаке должно быть что-то, что нагревает пыль и заставляет ее светиться. Вот почему мы предположили, что внутри пылевого облака скрывается нейтронная звезда».
Казалось бы, можно открыть шампанское. Однако не тут-то было. Исследователи поступили как настоящие ученые: стали первыми и самыми дотошными критиками собственных результатов.
Может ли нейтронная звезда давать столько тепла, сколько зафиксировано телескопом? Ведь она очень маленькая. Правдоподобна ли температура, которую она должна для этого иметь? Или, может быть, пыль разогревается каким-то другим источником энергии? Авторы затруднялись с ответом.
И вот 30 июля 2020 года вышла публикация, сделанная другой научной группой. Ее смысл в двух словах таков: да, это вполне может быть нейтронная звезда. Это, скорее всего, и есть нейтронная звезда. Это куда скорее нейтронная звезда, чем что-либо иное. И с температурой тоже все в порядке.
«Несмотря на огромную сложность взрыва сверхновой и экстремальные условия, царящие внутри нейтронной звезды, обнаружение горячего сгустка пыли подтверждает несколько [теоретических] прогнозов», — объясняет первый автор новой статьи Дэни Пейдж (Dany Page) из Национального автономного университета Мексики.
Прежде всего, как насчет температуры? Эксперты отвечают: нейтронная звезда тридцати лет отроду должна быть разогрета до пяти миллионов градусов Цельсия. Этого в точности хватает, чтобы объяснить наблюдаемое излучение пыли.
Кроме того, горячий шар проступает сквозь пылевое облако именно там, где должна находиться нейтронная звезда через три десятилетия после вспышки сверхновой. А это не та же точка, где взорвалось несчастное светило. Нейтронная звезда должна быть буквально отброшена взрывом со скоростью в сотни километров в секунду.
Учитывая, что и нейтрино в 1987 году возвестили рождение нейтронной звезды, можно практически не сомневаться в природе незнакомки за пылевой вуалью.
Но ученые привыкли сомневаться до последней возможности. Итак, спрашивает Пейдж и коллеги, возможно ли с учетом всех известных данных, что это все-таки не нейтронная звезда?
Ответ таков: возможно, но очень маловероятно. Теоретически нельзя исключить, что это все-таки черная дыра (в одном из предыдущих материалов мы рассказывали о том, каким образом подобные объекты могут светиться). Но черная дыра, обеспечивающая именно такое излучение, какое наблюдается ALMA, на дороге не валяется. Ее параметры должны быть очень точно подстроены под наблюдательные данные, а в науке это первый признак плохого объяснения. С другими альтернативными гипотезами возникают такие же или еще большие проблемы.
Итак, открытый астрономами объект — почти наверняка долгожданная нейтронная звезда, образовавшаяся при взрыве сверхновой 1987А. Первая новорожденная нейтронная звезда в истории наблюдений. Потенциальный источник уникальной информации о Вселенной.
Кстати, какой именно информации? Пока трудно сказать, какие параметры нейтронной звезды ученые смогут вытащить из наблюдения за пылью, подогретой ее излучением. Во всяком случае, диаметр ее они уже вычислили: 25 километров (это в полтора раза меньше диаметра МКАД).
Через несколько десятилетий пыль от взрыва, возможно, рассеется настолько, что мы увидим и саму новорожденную собственной персоной. Вернее, она, надо полагать, уже рассеялась: напомним, что свет вспышки добирался до Земли 168 тысяч лет. Но ничто не движется быстрее света, и у нас нет средств узнать, каков этот объект прямо сейчас. Тридцать три года назад мы увидели взрыв, поскольку лучи, испущенные в момент взрыва, наконец достигли наших глаз и приборов. Сейчас мы видим место катаклизма таким, каким оно было через 33 года после вспышки. А еще через несколько десятилетий увидим, достаточно ли рассеялась пыль, чтобы как следует изучить центральный объект. Астрономы умеют ждать, попутно создавая все более совершенные телескопы.
Источник