Удивительная астрономия - Дмитрий Брашнов

Аккреционный диск, «кормящий» протозвезду

Объект Хербига – Аро (под номером НН32) на фоне молодых звезд

Всего на сегодняшний день открыто свыше 400 таких объектов, хотя их общее число в Галактике может составлять более 150 тысяч. Чаще всего эти объекты не сильно удаляются от породившего их аккреционного диска, так что расстояние между протозвездой и объектом Хербига – Аро обычно составляет 1–2 световых года.

Планетные системы, в свою очередь, формируются из остатков аккреционного диска, окружающего протозвезду и юную звезду. Быстро раскрученный газ способен образовывать вокруг новорожденного светила маленькие сгустки. Эти сгустки движутся в одном направлении и лежат в одной плоскости – плоскости газопылевого диска. Их масса мала по сравнению со звездной, зато скорость обращения очень велика. Постепенно уплотняясь, такие сгустки превращаются в планеты.

Процессы формирования планет в Галактике не прекращаются. Ученые имеют возможность наблюдать за рождением планет вокруг некоторых звезд прямо сегодня. Протопланетные диски обнаружены вокруг Фомальгаута, AU Микроскопа, Денеболы, Эпсилона Эридана, беты Живописца и др.

Маленькое созвездие Живописца видно только на небе южного полушария Земли. Бета является вторым по блеску светилом этого созвездия. Будучи почти вдвое тяжелее Солнца, она относится к классу А и обладает в 9 раз большей светимостью. Звезда удалена от нас более чем на 63 световых года. Ее приблизительный возраст составляет 10–20 миллионов лет.

В середине 1980-х годов тщательные наблюдения за этой звездой с компьютерной обработкой фотографий помогли установить, что бета Живописца является источником слишком сильного теплового излучения, нетипичного для звезд ее класса. Астрономы предположили, что вокруг звезды имеется газопылевой диск, который нагревается под действием звездного излучения и таким образом создает дополнительный тепловой фон.

Позднейшие исследования показали, что бету Живописца окружают два газопылевых диска, находящихся под углом в 5° по отношению друг к другу. Поперечник каждого из дисков превосходит 100 астрономических единиц. Внутри дисков удалось обнаружить кольцевидные скопления плотного каменистого вещества. Возможно, перед нами зародыши планет или астероидные пояса.

Протопланетный диск вокруг звезды бета Живописца

В 2009 году было доказано, что сквозь непроглядную пыль аккреционного диска продвигается массивное тело, в котором удалось опознать экзопланету. В течение ближайших 10 лет условия для наблюдения объекта наиболее благоприятны, так что астрономы рассчитывают получить много ценной информации о самой молодой из известных планет Галактики. Пока в распоряжении науки нет никаких точных данных о теле HD39060 b , как назвали этот объект. На текущий момент масса планеты оценивается примерно в 9 масс Юпитера, а расстояние от планеты до беты Живописца принимается равным 8 астрономическим единицам. Однако эти цифры весьма приблизительны. Более точные результаты удастся получить лишь после 2020 года.

Судя по всему, планета HD39060 b произвела «добросовестную» очистку своей орбиты от пыли и газа, отчего внутри диска образовалась как бы чистая дорожка шириной в 10 астрономических единиц. Однако некоторые другие особенности строения дисков беты Живописца заставляют усомниться в том, что и здесь сказывается тяготение HD39060 b . Астрономы склонны предполагать, что будущие наблюдения позволят выявить в этой области две более близкие небольшие планеты: у одной ожидаемая масса примерно равна массе Юпитера, а вторая планета в два раза легче нашего газового гиганта.

Другая интересная звезда, обладающая аккреционным диском, – Вега, альфа Лиры, ( Вега в переводе с арабского означает «падающий орел»). Звезда относится к классу А. Она лежит на расстоянии 25 световых лет от Солнца и признается ярчайшей из самых близких к нам звезд.

Нашему Солнцу насчитывается не менее 5 миллиардов лет. По сравнению с ним Вега невероятно молода, поскольку она образовалась «всего» около 400 миллионов лет назад, когда на Земле первые растения и скорпионы уже робко осваивали сушу. Неудивительно, что образование планетной системы вокруг этой звезды еще не завершено.

Альфу Лиры окружает широкое газопылевое кольцо радиусом около 120 астрономических единиц. Внутри этого кольца имеется просторная область с радиусом около 80 астрономических единиц, свободная от пыли и газа. В этом чистом от космического мусора пространстве и находится сама Вега. Судя по всему, поблизости от звезды имеются и другие туманные скопления.

Обволакивающая звезду туманность считается протопланетным диском. Вычисления показали, что здесь могут присутствовать несколько массивных экзопланет. Первоначально астрономы предположили, что столкнулись с коричневым карликом, по весу в 12 раз превосходящим Юпитер. Но сейчас склонны считать, что, скорее всего, пылевое скопление скрывает за собой несколько молодых планет или зародышей планет весом около пяти масс Юпитера....

Вегу можно считать звездой-рекордсменом. Она является не только ярчайшим светилом в созвездии Лиры, но и третьим по яркости (после Сириуса и Арктура) из тех, что видны на ночном небе с территории России. Кроме того, это первая звезда, не считая Солнца, до которой удалось определить расстояние. Эти подсчеты осуществил в 1835–1837 годах русский астроном Василий Струве (1793–1864).

Означает ли сказанное, что у каждой звезды должна быть планетная система? Вовсе нет. Очень многие звезды теряют свои пылевые запасы, так и не успев обзавестись планетным семейством. Не исключено, что вокруг некоторых одиноких звезд обращаются лишь астероиды.

Но известны и случаи прямо противоположные. Чтобы сложилась планетная система, требуются медлительный, неповоротливый сгусток протозвезды и проворный газопылевой диск. Между тем довольно часто случается так, что диска не возникает. Первичная туманность сама себя раскручивает, словно ребенок на качелях, и в результате принимает форму колечка, по обе стороны которого сидят два не сильно отличающихся по величине газопылевых утолщения. Утолщения растут «не по дням, а по часам». В результате за 50 тысяч лет из этих сгустков возникают два звездных зародыша, крутящихся вокруг общего центра масс и активно поедающих вещество вокруг себя.

Что же появляется в конечном итоге? Появляется один из самых причудливых и вместе с тем один из самых многочисленных объектов Галактики – двойная звезда.

Звезды двойные и тройные

В глубокой древности арабские астрономы, проводя наблюдения за созвездием Персея, обнаружили одну странность в поведении его второй по видимой величине звезды, обозначаемой в греческой традиции буквой «бета». Рядом с бетой Персея находятся две ярчайшие звезды другого созвездия – альфа и бета Кассиопеи, так что ученым было очень удобно сравнивать блеск этих трех соседей по небосводу.

Выяснилось, что на протяжении недели звезда в Персее несколько раз «лукаво подмигивает» наблюдателям. Большую часть времени она сияет столь же ярко, как и звезды Кассиопеи. Но каждые 69 часов блеск светила значительно ослабевает. Из-за переменности блеска проказницу нарекли Алголем , что в переводе с арабского означает «дьявол».

Со временем ученые обнаружили немало переменных звезд, большинство из которых открыто после 1820 года. У разных светил различные причины переменности, но вот для Алголя такой причиной являются затмения: бета Персея меняет свой блеск потому, что является двойной звездой .

Компоненты двойной звезды

Так называется система из двух звезд, расположенных настолько близко, что своим взаимным притяжением эти светила заставляют друг друга обращаться вокруг общего центра масс (барицентра). Со стороны выглядит так, словно два огромных огненных шара кружатся в танце. Разумеется, во время такого танца к земному наблюдателю поворачивается то один, то другой «плясун». Но от нас такие подробности ускользают, потому что двойная система очень далека и видится землянам единой звездочкой. А поскольку у компонентов двойной звезды нередко разная светимость, то и блеск видимой с Земли «единой» звездочки колеблется.

...

Первым «охотником» за двойными звездами был упомянутый выше российский астроном немецкого происхождения Василий Струве, под руководством которого ученые обнаружили почти 8000 двойных систем. Из них В. Я. Струве лично открыл 2343 двойные звезды. Для этого ему пришлось проанализировать данные о блеске и движении 120 тысяч светил!

Двойные звезды встречаются в Млечном Пути очень часто, так что они, скорее всего, более типичны, чем звезды одиночные. Астрономы подозревают, что почти каждая звезда рождается на свет с парой, но затем некоторые пары распадаются, отчего множится число звезд-одиночек. Если бы такого распада не происходило, то одиночные светила считались бы редкостью в Галактике.