Феномен, который пока необъясним
Белые карлики – это отжившие свой век звезды, потерявшие способность сжигать ядерное топливо и потому испускающие свет только за счет запасенной тепловой энергии. Такая судьба постигает абсолютное большинство звезд, за исключение самых легких и самых тяжелых.
Превращение типичной звезды в белый карлик – процесс закономерный. В недрах не слишком старых звезд идут реакции термоядерного синтеза, в результате которых происходит выделение энергии. В ходе этих реакций водород превращается в гелий, гелий – в углерод и кислород, те – в более тяжелые элементы таблицы Менделеева. Каждый последующий процесс превращения элементов требует все более высоких температур.
Чем тяжелее звезда, тем сильнее она может разогреть свою центральную зону. Масса более чем 95 процентов звезд в начале их жизни лежит в диапазоне от семи процентов массы Солнца до восьми-десяти солнечных масс. Согласно общепринятой теории звездной эволюции, даже самые тяжелые из этих светил способны довести свои недра лишь до температур, потребных для образования углерода и кислорода.
Достигнув этого этапа, звезда прекращает термоядерный синтез и частично сбрасывает внешние слои, содержащие более легкие элементы – водород и гелий. От нее остается остывающее кислородно-водородное ядро, по массе примерно равное Солнцу, но в сто раз меньшее по диаметру. Оно окружено атмосферой, состоящей из остатков внешнего гелиевого слоя с добавками водорода. Это и есть типичный белый карлик.
Самые легкие звезды дают начало белым карликам с чисто гелиевыми ядрами и по преимуществу водородными газовыми оболочками. До сих пор астрономам попадались белые карлики только с такими атмосферами.
Теперь ситуация изменилась. Астроном из Аризонского университета Патрик Дюфур и его коллеги сообщили в журнале Nature об открытии восьми белых карликов, атмосферы которых почти целиком состоят из газообразного углерода и практически не содержат ни водорода, ни гелия. Все они находятся сравнительно недалеко от Солнца, на дистанциях от тысячи до двух тысяч световых лет. Существование белых карликов с такими атмосферами пока что объяснению не поддается. Авторы статьи в Nature допускают, что новооткрытые карлики возникли в результате каких-то экзотических процессов звездной эволюции еще не известных науке.
Новая тенденция
Cнимки, сделанные аппаратурой Космического телескопа Хаббла, дают основание считать, что рождение белых карликов может сопровождаться реактивными толчками. Эти данные были получены при фотографировании глобулярного кластера NGC 6397, плотного звездного скопления, расположенного внутри нашей Галактики. К настоящему времени в ней открыты полторы сотни таких скоплений, каждое из которых образовано примерно миллионом звезд. NGC 6397 находится сравнительно недалеко от нашей зоны космоса, дистанция до него составляет 8500 световых лет. Его возраст примерно равен 11,5 млрд. лет и потому всего лишь на 2 млрд. лет уступает времени жизни всей нашей Вселенной.
Астрономы из Канады, США и Австралии, возглавляемые профессором университета Британской Колумбии Харви Ричером провели исследование 84 белых карликов, возраст которых не превышал 3,5 млрд. лет. При этом ученые специально отобрали только те карлики, предшественники которых входили в число самых тяжелых звезд кластера NGC 6397 (правда, массы этих звезд в среднем составляли лишь около 80% массы Солнца, поскольку более крупные светила успели сгореть и взорваться гораздо раньше).
Такие звезды всегда группируются неподалеку от центра скопления. Отсюда вроде бы следует, что и их наследники в первое время обязаны находиться примерно там же. Позднее они могут уходить со своих первоначальных позиций под действием тяготения других звезд и мигрировать в другие зоны.
Однако анализ фотографий кластера NGC 6397, сделанных в марте и апреле 2005 года, выявил совершенно иную тенденцию. 62 звезды, ставшие белыми карликами свыше 1,4 млрд. лет назад, и в самом деле оказались разбросаны по всему его объему. В то же время 22 сравнительно юных карлика, возникших менее 800 миллионов лет назад, концентрировались не в центре кластера, а вблизи от его краев. За короткое время своей жизни они никак не могли туда сместиться только благодаря притяжению соседей.
Ричер и его коллеги перебрали несколько объяснений странного разброса молодых карликов. В конце концов они остановились на гипотезе реактивной отдачи, выдвинутой еще в 70-е годы прошлого века. Белые карлики возникают при взрывах обычных звезд, исчерпавших запасы термоядерного топлива. Эти взрывы сначала приводят к рождению красных гигантов, которые со временем сбрасывают свои плазменные оболочки и превращаются в белые карлики.
Гипотеза отдачи утверждает, что плазменные слои могут уходить в пространство не симметрично, а преимущественно в одну сторону. Такие асимметричные взрывы действуют наподобие ракетного двигателя, толкающего звезду в противоположном направлении. По мнению Ричера и его соавторов, сфотографированные карлики при рождении набрали таким способом скорость в 3-5 км/сек и покинули центр скопления.
Как мне рассказал коллега профессора Ричера Сол Дэвис, все исследованные белые карлики тянут примерно на половину солнечной массы (что почти втрое меньше максимальной массы звезд этого типа, так называемого предела Чандрасекара). Это означает, что каждая родительская звезда в процессе превращения в белый карлик потеряла свыше трети своей первоначальной массы. Анизотропные выбросы такого огромного количества плазмы в принципе вполне могли сильно разогнать звезды.
Пока трудно сказать, с какой вероятностью нарождающиеся белые карлики запускают реактивные бустеры. Делу могло бы помочь обследование еще нескольких глобулярных кластеров. Беда в том, что все они, кроме одного, удалены от Земли на большие расстояния, нежели NGC 6397. Комплекс из трех обзорных фотокамер Хаббла, с которого поступили снимки этого кластера, с января 2007 года не работает из-за электрического пробоя. Поэтому, как сказал Сол Дэвис, он и его коллеги пока не планируют проверку своих выводов на базе более обширных наблюдений.
Небесное тело в созвездии Волопаса
Американские астрономы обнаружили в нашей Галактике карликовую звезду, сильно отличающуюся от известных светил своего типа. Это небесное тело расположено всего лишь в 35 световых годах от Солнца в созвездии Волопаса. Собственного названия не имеет, известна лишь по каталожному номеру TVLM513-46546. Оно принадлежит семейству звезд спектрального класса М9. Хотя это семейство отнюдь не малочисленно, в иерархии космических светил оно занимает одно из последних мест.
Масса звезд класса М9 составляет от 8 до 10% массы Солнца. Температура их поверхности не поднимается выше 2400 градусов по абсолютной шкале, так что они испускают очень тусклое темно-красное свечение. Однако температура их недр все же превышает критический порог, потребный для запуска термоядерных реакций. Этим они отличаются от еще более легких и холодных «несостоявшихся» звезд - коричневых карликов.
Обычно звезды класса М9 представляют из себя плазменные шары с равномерно нагретой внешней границей и слабым или не существующим магнитным полем. А вот TVLM513-46546 выглядит иначе. Сотрудник Принстонского университета Эдо Бергер и его коллеги обнаружили, что ее поверхность распадается на две равновеликие зоны, одна из которых заметно теплее другой. Эта звезда к тому же демонстрирует сильную магнитную активность, что тоже весьма необычно.
