Более 400 лет астрономы, как профессионалы, так и любители, проявляют особый интерес к наблюдению за звездами Мира, классом переменных красных гигантов, которые славятся пульсациями, которые длятся 80-1000 дней, и их видимая яркость изменяется в десять раз или больше во время цикла.
Международная группа астрономов во главе с Гаем Перреном из Парижской обсерватории / LESIA (Меудон, Франция) и Стивеном Риджуэем из Национальной оптической астрономической обсерватории (Тусон, Аризона, США) использовала интерферометрические методы для наблюдения за близкими окружениями пяти звезд Мира, и были удивлены, обнаружив, что звезды окружены почти прозрачной оболочкой из водяного пара и, возможно, окиси углерода и других молекул. Эта оболочка дает звездам обманчиво большие видимые размеры. Проникнув через этот слой, используя комбинированный свет нескольких телескопов, команда обнаружила, что звезды Мира, вероятно, только вдвое меньше, чем считалось ранее.
«Это открытие разрешает ноющие несоответствия между наблюдениями за размерами звезд Мира и моделями, описывающими их состав и пульсации, которые, как теперь видно, в целом согласуются друг с другом». Риджуэй объясняет. «Пересмотренная картина состоит в том, что звезды Мира являются очень светящимися, но относительно нормальными звездами асимптотической ветви гиганта, но у них есть резонансная пульсация, которая управляет их большой изменчивостью».
Звезды Мира особенно интересны, так как они по размеру похожи на Солнце, и они проходят позднюю стадию того же эволюционного пути, который пройдут все звезды с одной массой Солнца, включая Солнце. Поэтому эти звезды иллюстрируют судьбу нашего Солнца через пять миллиардов лет. Если бы такая звезда, включая окружающую ее оболочку, находилась в положении Солнца в нашей солнечной системе, ее парообразная оболочка вышла бы за пределы орбиты Марса.
Хотя они действительно очень большого диаметра (до нескольких сотен радиусов Солнца), красные гигантские звезды похожи на невооруженные человеческие глаза на Земле, и даже самые большие телескопы не могут различить их поверхности. Эта проблема может быть преодолена путем объединения сигналов от отдельных телескопов с использованием метода, называемого астрономической интерферометрией, который позволяет изучать очень мелкие детали в непосредственной близости от звезд Мира. В конечном итоге изображения наблюдаемых звезд могут быть реконструированы.
Звезды Мира названы в честь первого такого известного объекта, Мира (или Омикрон Кита). Одним из возможных объяснений их значительной изменчивости является то, что большое количество материала, включая пыль и молекулы, образуется в течение каждого цикла. Этот материал блокирует большую часть исходящего звездного излучения, пока материал не станет разбавленным в результате расширения. Поэтому близкое окружение звезд Мира очень сложно, и характеристики центрального объекта трудно наблюдать.
Чтобы изучить близкое окружение этих звезд, команда под руководством Перрина и Риджуэя провела наблюдения в массиве инфракрасно-оптических телескопов (IOTA) Смитсоновской астрофизической обсерватории в Аризоне. IOTA - звездный интерферометр Майкельсона, с двумя плечами, образующими L-образную решетку. Он работает с тремя коллекторами, которые могут быть расположены на разных станциях на каждой руке. В настоящем исследовании наблюдения проводились на нескольких длинах волн с использованием различных расстояний между телескопами в диапазоне от 10 до 38 метров.
На основании этих наблюдений команда смогла восстановить изменение яркости звезд на поверхности каждой звезды. Детали до примерно 10 миллисекунд могут быть обнаружены. Для сравнения, на расстоянии Луны это будет соответствовать наблюдениям размером до 20 метров.
Наблюдения проводились на длинах волн ближнего инфракрасного диапазона, которые представляют особый интерес для изучения водяного пара и оксида углерода. Роль, которую сыграли эти молекулы, была заподозрена командой несколько лет назад и независимо подтверждена наблюдениями в Инфракрасной космической обсерватории. Новые наблюдения с использованием IOTA ясно демонстрируют, что звезды Мира окружены молекулярным слоем водяного пара и, по крайней мере, в некоторых случаях, окиси углерода. Этот слой имеет температуру около 2000 К и простирается примерно на один звездный радиус над звездной фотосферой, или примерно на 50 процентов от наблюдаемого диаметра звезд Мира в образце.
Предыдущие интерферометрические исследования звезд Мира привели к оценкам диаметров звезд, которые были смещены присутствием молекулярного слоя и, таким образом, были сильно переоценены. Этот новый результат показывает, что звезды Мира примерно вдвое больше, чем считалось ранее.
Новые наблюдения, представленные группой, интерпретируются в рамках модели, которая ликвидирует разрыв между наблюдениями и теорией. Пространство между поверхностью звезды и молекулярным слоем, скорее всего, содержит газ, похожий на атмосферу, но оно относительно прозрачно на наблюдаемых длинах волн. В видимом свете молекулярный слой довольно непрозрачен, создается впечатление, что это поверхность, но в инфракрасном диапазоне она тонкая, и сквозь нее можно увидеть звезду.
Эта модель является первой в истории, которая объясняет структуру звезд Мира в широком диапазоне спектральных длин волн от видимого до среднего инфракрасного диапазона и согласуется с теоретическими свойствами их пульсации. Однако присутствие слоя молекул далеко над поверхностью звезды все еще остается загадочным. Слой слишком высокий и плотный, чтобы поддерживать его только атмосферным давлением. Пульсации звезды, вероятно, играют роль в создании молекулярного слоя, но механизм еще не понят.
Поскольку звезды Мира представляют позднюю стадию эволюции похожих на Солнце звезд, будет очень интересно лучше описать процессы, которые происходят в них и вокруг них, как предзнаменование собственной ожидаемой судьбы Солнца в отдаленном будущем. Звезды Мира выбрасывают в космос большое количество газа и пыли, обычно около одной трети массы Земли в год, обеспечивая тем самым более 75 процентов молекул в галактике. Углерод, азот, кислород и другие элементы, из которых мы сделаны, в основном производились внутри таких звезд (с более тяжелыми элементами, происходящими от сверхновых), и затем возвращались в космос через эту потерю массы, чтобы стать частью новых звезд и планет. , Техника созревания интерферометрии раскрывает детали атмосферы Мира, приближая ученых к наблюдению и пониманию образования и выброса молекул и пыли, поскольку эти звезды перерабатывают свое содержимое в астрономическом масштабе.
Статья «Открытие звезд Мира за молекулами: подтверждение модели молекулярного слоя с узкополосной интерферометрией ближнего инфракрасного диапазона». Перрин и др., появится в следующем номере журнала Astronomy & Astrophysics.
Первоначальный источник: пресс-релиз NOAO
