Co się stanie, gdy umrze gwiazda? (2024)

A po łatwym połykaniu rtęci, Wenus i Ziemi, będzie rosł tak bardzo, że nie może już zatrzymać warstw bardziej zewnętrznego gazu i pyłu.

W chwalebnym wyniku nasze słońce wrzuci te warstwy w kosmos, tworząc piękną zasłonę światła, która będzie świecić jako znak neonu przez tysiące lat aż do zanikania.

Nasza galaktyka jest wysadzana tysiącami tych biżuterii, zwanych planetarnymi mgławicami.

Reprezentują zwykłą końcową fazę życia gwiazd o rozmiarach od połowy do ośmiokrotności masy słonecznej. Gwiazdy o większej masie mają znacznie bardziej gwałtowny koniec - eksplozję zwaną supernową.

Mgławice planetarne mają niezwykłą różnorodność kształtów, jak sugerują ich nazwy – na przykład Krab Południowy, Kocie Oko i Motyl.

Ale choć są one piękne, są również tajemnicą dla astronomów.Jak kosmiczny motyl pozornie nieokreślonego okrągłego kokonu może powstać z czerwonej gigantycznej gwiazdy?

Obserwacje i modele utworzone przez komputer wskazują teraz wyjaśnienie, które wydawałoby się ekstrawaganckie 30 lat temu: większość czerwonych gigantów ma znacznie mniejszą gwiazdę wtórną, ukrytą w swoim polu grawitacyjnym.

Ta druga gwiazda kształtuje transformację głównej gwiazdy w planetarną mgławicę, podobnie jak ceramista kształtuje wazon w garncarz.

Powyżej, po lewej stronie, pobliski obraz podczerwieni pokazuje spektakularne koncentryczne pierścienie gazowe na południowym pierścieniu mgławicy, planetarnej mgławicy, która znajduje się około 2500 lat świetlnych od Ziemi w konstelacji świecy.Pierścienie opowiadają historię umierających wybuchów gwiazd.

Po prawej, średnia podczerwieni obraz z łatwością odróżnia gwiazdę, która umiera na środku mgławicy (na czerwono) od jej drugiej gwiazdy (w kolorze niebieskim).Cały gaz i kurz mgławicy zostały wydalone przez czerwoną gwiazdę.

Dominująca teoria dotycząca powstawania mgławic planetarnych dotyczyła wcześniej pojedynczej gwiazdy, samego czerwonego olbrzyma. Przy słabej sile grawitacji w zewnętrznych warstwach bardzo szybko traci masę pod koniec swojego życia – do 1% na stulecie.

Miesza się również jak patelnia z wrzącej wody pod powierzchnią, powodując rozpylanie i wychodzenie zewnętrzne warstwy.Astronomowie przedstawili teorię, że pulsacje te wytwarzają fale uderzeniowe, które rzucają gazem i pyłowe dysz w kosmos, tworząc SO -Called Star Wind.

Ale wiele energii jest konieczne, aby całkowicie wydalić ten materiał bez powrocie na gwiazdę.Ten wiatr nie może być miękką wiatrem;Musisz mieć siłę odrzutowca rakietowego.

Po wydechu zewnętrznej warstwy gwiazdy wewnętrzna warstwa, która jest znacznie mniejsza, zapada się i staje się białym krasnoludem.Ta gwiazda, która jest cieplejsza i jaśniejsza niż czerwony gigant, który ją powstał, oświetla i ogrzewa gaz, który uciekł, aż zacznie świecić sam - i widzimy planetarną mgławicę.

Cały ten proces jest bardzo szybki w standardach astronomicznych, choć powolny do ludzkich standardów.Zwykle trwa od kilku wieków do tysiącleci.

Według astronomu Washington University University University, Bruce Balick, USA.

Balick i jego kolega Adam Frank z University of Rochester w Nowym Jorku, również w USA, uczestniczyli w konferencji w Austrii i zobaczyli pierwsze zdjęcia mgławicy planetarnej wykonane przez Hubble'a.

„Wyszliśmy na kawę, zobaczyliśmy zdjęcia i wiedzieliśmy, że gra się zmieniła” - wspomina Balick.

Astronomowie wierzyli, że czerwone giganci byli sferycznie symetryczni i że okrągłe gwiazdy powinny również wytwarzać okrągłe mgławice planetarne.Ale to, co Hubble nie widział nawet blisko.

„Było oczywiste, że wiele planetarnych mgławicy ma egzotyczne struktury osiowe” - mówi astronom Joel Kastner z Rochester Institute of Technology w USA.

Hubble ujawnił płaty, skrzydła i inne fantastyczne struktury, które nie były okrągłe - ale tak, symetryczne w stosunku do głównej osi mgławicy, jakby kręciły się na tym kołowisku.

Powyższy obraz, uchwycony przez Hubble Space Telescope, ujawnia, że ​​południowa mgławica kraba nie ma czterech nóg, ale dwóch bąbelków.Środek bąbelków ujawnia dwa strumienie gazu z „węzłami”, które mogą oświetlić, gdy znajdują gaz między gwiazdami.Położony tysiące lat świetlnych Ziemi, w konstelacji Centaur, południowy krab wydaje się przeszedł dwa zdarzenia zwolnienia gazu.Jeden z nich, około 5,5 tysięcy lat temu, stworzył zewnętrzną klepsydlę, podczas gdy podobne wydarzenie, 2,3 tys. Lat temu, stworzyło znacznie mniejsze wewnętrzne.

Artykuł Balicka i Franka opublikowanego w 2002 r. Przez Scientific Journal Review of Astronomy and Astrophysics udokumentował istniejącą debatę wówczas na temat pochodzenia tych struktur.

Niektórzy naukowcy zaproponowali, że symetria osiowa pochodziła z formy rotacji Czerwonego Gigantycznego Gwiazdy lub zachowania jej pól magnetycznych, ale oba pomysły nie spełniły niektórych podstawowych testów.Rotacja i pola magnetyczne powinny osłabić wraz ze wzrostem gwiazdy, ale szybkość utraty masy czerwonych gigantów wzrasta pod koniec życia.

Druga hipoteza była taka, że ​​większość planetarnych mgławicy nie jest tworzona przez gwiazdę, ale przez kilka gwiazd - które Orsola Astronomer z Macquarie Uniwersytetu Orsola w Sydney w Australii nazywała „hipotezą binarną”.

W tym scenariuszu druga gwiazda jest znacznie mniejsza i tysiące razy mniej jasna niż czerwony gigant.I może być w tej samej odległości między Jowiszem a Słońcem. Pozwoliłoby to wpłynąć na czerwonego giganta w wystarczającej odległości, aby nie zostać połkniętym.

Istnieją również inne możliwości, takie jak nieregularna orbita, w której druga gwiazda zbliżyła się do czerwonego giganta w odstępach kilkuset lat, usuwając warstwy z głównej gwiazdy.

W każdym razie hipoteza binarna jest doskonałym wyjaśnieniem pierwszego etapu gwiazdy metamorfozy.Ponieważ gwiazda wtórna wypędzi gazy i kurz głównej gwiazdy, nie są one od razu wciągnięte w drugorzędne - ale tworzą płyt z materiału rozlewającego, zwany dyskem okręgowym, w planie orbitalnym wtórnego.

Ten dysk okręgowy to koło garncarza.

Jeśli dysk ma pole magnetyczne, zwiększy wszystkie gazy ładowane poza płaszczyzną dysku, w kierunku osi obrotu.Ale nawet bez pola magnetycznego materiał tarczy zapobiega zewnętrznym przepływowi gazów w płaszczyźnie orbitalnej, aby gaz przyjął strukturę bilobalną, z szybszym przepływem w kierunku bieguna.

I właśnie to Hubble zobaczył na swoich obrazach planetarnych mgławic.

„Po co szukać bardzo skomplikowanego wyjaśnienia, jeśli drugorzędna gwiazda jest tak dobrą interpretacją?” - pyta Marco.

Na zdjęciu po lewej, podwójna mgławica strumienia, w 2400 latach świetlnych Ziemi w konstelacji serpentary (Ophiuchus), ma w kształcie wiklinowego kształtu, z dwoma strumieniami gazowymi szybko w kierunku biegunów.Gaz został prawdopodobnie wydany przez Central Star około 1200 lat temu.

Na zdjęciu po prawej, mgławica oka kota, 3300 lat świetlnych Ziemi, w konstelacji smoka, wykazuje 11 koncentrycznych pierścieni pyłu, które oszacują astronomowie, które zostały uwalniane w 1500 odstępach 1500.Proces tworzenia skomplikowanej struktury wewnętrznej jest nadal nieznany.

Jednak pomysł niewykrywalnych gwiazd wtórnych nie został dobrze przyjęty przez niektórych astronomów.

Astronom Leen Decin z katolickiego Uniwersytetu Leuven w Belgii mówi, że w 2020 r. Słynny astrofizyk powiedział: „Wiesz, Leen, wszystko wydaje się tak fantastyczne, obserwacje są tak fascynujące, że modele obecnej generacji wydają się być bardzo dobre Praca do interpretacji danych, ale w głębi duszy, czy nie powinniśmy wierzyć tylko w to, co tak naprawdę widzimy? ”

W ciągu ostatnich 10 do 15 lat wiatry konsekwentnie się zmieniały.Nowi i innowatorzy teleskopowie ujawnili, że niektórzy czerwni giganci są otoczeni spiralnymi strukturami i tarczami okręgowymi, zanim stali się planetarnymi mgławicami - tak jak oczekiwano, jeśli istniał druga gwiazda wyciągająca materiał z czerwonego giganta.

I są dwa przypadki, w których astronomowie mogli nawet zidentyfikować swoją drugorzędną gwiazdę.

Decin i jego koledzy oparli swoje prace na teleskopie Alma (akronim dla Atacama Large Milmeter/Smmillimetr tablic) w Chile, który zaczął działać w 2011 roku. Dusza składa się z 66 radiotlezy, które współpracują w celu tworzenia obrazów obiektów astronomicznych.

„Zapewnia rozdzielczość przestrzenną i spektralną, które są ważne dla zrozumienia dynamiki i prędkości”, wyjaśnia Decin.

Szybkość jest ważną częścią układanki dla naukowców do mapowania wiatrów gwiazdowych i dysków okręgowych.

Powyżej nazwy gwiazd znajdują się w lewym górnym rogu każdego obrazu.Wiatry wydmuchujące gwiazdy tworzą serię struktur, takich jak dyski, spirale i „róże”, zgodne z teorią, że Czerwona Giganta Gwiazda ma drugorzędną gwiazdę na swojej orbicie.Czerwony kolor wskazuje, że gazy odchodzące od obserwatora, podczas gdy Blue wskazuje gaz, które poruszają się w kierunku obserwatora.1 UA jest jednostką astronomiczną lub odległością między Ziemią a Słońcem. Porównywalnie, Neptune to 30 jednostek astronomicznych Słońca. Wtórne gwiazdy są prawdopodobnie bliżej ich głównych gwiazd niż Słońce Neptuna.Nie są one widoczne ze względu na jasność głównej gwiazdy.

Dusza zaobserwowała już struktury spirali lub łucznicze wokół kilkunastu czerwonych gigantycznych gwiazd, prawie na pewno znak, że z czerwonego giganta i spiżuwane w kierunku wtórnego.Te spirale zasadniczo pokrywają się z symulacjami tworzonymi komputerowo-i nie można ich wytłumaczyć starym modelem gwiazdy.

Decin zgłosił wstępne ustalenia w 2020 r. W magazynie naukowym - i rozszerzył je w następnym roku podczas corocznego przeglądu astronomii i astrofizyki.

Ponadto zespół Decina mógł również zidentyfikować wcześniej niekwestionowane wtórne dla dwóch czerwonych gigantów, P1 Gruis i L2 Puppis, w obrazach duszy.Z pewnością muszą je monitorować w okresie czasowym, aby sprawdzić, czy nowo zdobyte obiekty poruszają się po głównej gwiazdy.

„Jeśli się poruszają, jestem pewien, że mamy drugorzędne” - mówi Decin.

I być może to odkrycie przekonuje ostatnich sceptyków.

Jako sceny zbrodni dochodzenia, astronomowie mają teraz obrazy „przed” i „po„ utworzeniu planetarnej mgławicy.Jedyne, czego brakuje, to odpowiednik zdjęć kamery samego obwodu bezpieczeństwa wewnętrznego wydarzenia.

Czy jest jakaś nadzieja, że ​​astronomowie mogą złapać czerwonego giganta w momencie, gdy staje się on planetarną mgławicą?

Jak dotąd modele komputerowe są jedynym sposobem na „obejrzenie” rozwijania procesu, który trwa setki lat, od początku do końca.Pomogli astronomom skoncentrować się na dramatycznym scenariuszu, w którym wtórna gwiazda zanurza się w pierwotnym po przedłużonym okresie krążąc i traci odległość z powodu sił grawitacyjnych.

Gdy spirali w kierunku czerwonego gigantycznego rdzenia, drugorzędna gwiazda traci „ogromną ilość energii grawitacyjnej”, mówi Frank.

Modele skomputeryzowane pokazują, że znacznie przyspiesza proces, w którym gwiazda uruchamia swoje zewnętrzne warstwy, zmniejszając je tylko do jednego do 10 lat.Jeśli to prawda, a astronomowie wiedzą, gdzie szukać, mogą być świadkami śmierci gwiazdy i narodzin prawdziwej mgławicy planetarnej.

Kandydatem, który zasługuje na obserwowanie, jest gwiazda V Hydrae.Ten czerwony gigant jest bardzo aktywny i wyrzuca strumienie plazmowe, jakby były amunicją w kierunku słupów co 8,5 roku.W ciągu ostatnich 2100 lat wydaliła także sześć wielkich pierścieni w swoim planie równikowym.

Astronom Raghvendra Sahai z Jet Propulsion Lab - który opublikował odkrycie pierścieni w kwietniu 2022 r. - uważa, że ​​czerwony gigant nie ma jednej, ale dwóch wtórnych gwiazd.

Bliska gwiazda wtórna może już graniczyć z „kopertą” Czerwonego Giganta i wyrzucaniem osocza, podczas gdy odległe orbita wtórna kontroluje wyrzucenie pierścieni.W takim przypadku V Hydrae może być blisko połknięcia najbliższej drugorzędnej gwiazdy.

Badania nad gwiazdami binarnymi mogą wydawać się mieć niewielkie znaczenie dla losu naszej gwiazdy, ponieważ jest samotna.Decin szacuje, że gwiazdy, które mają towarzyszy, tracą masę około sześciu do 10 razy szybciej niż samotna, ponieważ gwiazda drugorzędna jest znacznie bardziej wydajna, aby przyciągnąć dach czerwonego giganta niż sama gigant, rzuca dach.

Oznacza to, że dane dotyczące systemów gwiazd nie mogą bezpiecznie przewidzieć losu samotnych gwiazd, takich jak Słońce.

Około połowa gwiazd wielkości słońca ma jakieś wtórne gwiazdy.Według Decyna drugorzędny zawsze wpłynie na kształt wiatru gwiezdnego, znacznie zmieniając prędkość utraty masy, jeśli jest wystarczająco blisko.

Słońce najprawdopodobniej wystrzeli swoją zewnętrzną warstwę wolniej niż te gwiazdy i pozostanie w swojej czerwonej gigantycznej fazie znacznie dłużej.

Ale wciąż istnieje wiele nieznanych faktów na temat ostatniego aktu Słońca. Nawet jeśli Jowisz nie jest gwiazdą, może być wystarczająco silna, aby przyciągnąć materiał Sun i stworzyć album okręgowy.

„Myślę, że będziemy mieli bardzo małą spiralę, stworzoną przez Jowisza” - mówi Decin.

„Nawet w naszych symulacjach możesz zobaczyć swój wpływ na wiatr słoneczny”.

W takim przypadku nasze słońce może również być w drodze do spektakularnego wielkiego finału.

* Dana Mackenzie jest matematyką i niezależnym dziennikarzem specjalizującym się w naukach.