Получено первое крупное изображение звезды за пределами Млечного Пути

Как артист, готовящийся к своему финальному выходу, далёкая звезда сбрасывает свои внешние слои и готовится к взрыву сверхновой.

Астрономы наблюдают за огромной звездой, получившей название WOH G64, с момента её открытия в 1970-х годах. Это одна из крупнейших известных звёзд, а также один из самых ярких и массивных красных сверхгигантов. Звезда окружена оболочкой из сброшенного звёздного вещества, что может свидетельствовать о том, что она готовится к взрыву.

WOH G64 находится не в Млечном Пути, а в Большом Магеллановом Облаке (БМО), крупнейшей галактике-спутнике Млечного Пути. Получение таких подробных изображений — это большой подвиг для интерферометра «Очень большого телескопа» ESO. Это также большое достижение для команды учёных, создавших эти снимки.

Они опубликовали свои снимки и результаты наблюдений за звездой в журнале Astronomy and Astrophysics. Их исследование называется «Изображение внутренней околозвёздной среды красного сверхгиганта WOH G64 в Большом Магеллановом Облаке». Ведущий автор работы — Кейичи Оннака (Keiichi Ohnaka), астрофизик из Университета Андреса Белло в Чили.

«Значительная потеря массы на стадии красного сверхгиганта имеет большое значение для эволюции массивных звёзд, прежде чем они закончат свою жизнь взрывом сверхновой», — пишут исследователи в своей статье. Понимание физики предшественников сверхновых важно из-за той роли, которую они играют во Вселенной. Эти массивные звёзды создают тяжёлые элементы путём нуклеосинтеза, а затем при взрыве разбрасывают их в окружающее пространство. Эти тяжёлые элементы делают возможным существование каменистых планет. Ударные волны сверхновых также могут сжимать газ в их окрестностях, что может спровоцировать рождение новых звёзд. Более качественные изображения звёзд, приближающихся к своему взрывному концу, помогут астрономам лучше понять их.

«Впервые нам удалось получить увеличенное изображение умирающей звезды в галактике за пределами нашего Млечного Пути», — говорит ведущий автор работы Охнака.

WOH G64 (далее WOH) находится на огромном расстоянии в 160 000 световых лет от нас. Несмотря на то что красный сверхгигант в 2000 раз больше Солнца, это огромное расстояние. Все благодаря VLTI и одному из его новых инструментов под названием GRAVITY. Это мощный прибор, который был установлен на VLTI в 2015 году.

Когда Охнака и его коллеги увидели снимки, их охватило волнение. На снимках виден кокон пыли, окружающий звезду, — свидетельство того, что она сбросила часть своих внешних слоёв.

«Мы обнаружили яйцеобразный кокон, плотно окружающий звезду», — говорит ведущий автор работы Охнака. «Мы очень рады, потому что это может быть связано с резким выбросом материала из умирающей звезды перед взрывом сверхновой».

Охнака и его коллеги уже давно наблюдают за WOH, но им пришлось подождать, пока появятся более совершённые инструменты, чтобы рассмотреть её поближе. Среди прочего, они заметили, что за последнее десятилетие звезда стала тусклее.

Герд Вайгельт — профессор астрономии в Институте радиоастрономии имени Макса Планка и соавтор исследования. «Мы обнаружили, что за последние 10 лет звезда претерпела значительные изменения, что даёт нам редкую возможность наблюдать за жизнью звезды в реальном времени», — сказал Вайгельт. На последних стадиях жизни красные сверхгиганты, подобные WOH G64, сбрасывают свои внешние слои газа и пыли, и этот процесс может длиться тысячи лет.

Якко ван Лун, директор обсерватории Кила при Университете Кила в Великобритании, наблюдает за WOH с 1990-х годов. «Эта звезда — одна из самых экстремальных в своём роде, и любое резкое изменение может приблизить её к взрывному концу», — сказал Кил.

Учитывая ограниченность данных, доступных в прошлом, Онака смоделировал, как может выглядеть пылевая среда. Эти модели и наблюдения предсказывали иную форму, чем та, которую показывают снимки GRAVITY.

На снимках видна вытянутая компактная эмиссионная область в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR) вокруг звезды. Это говорит о том, что рядом со звездой образовалась новая горячая пыль, которая заслоняет саму звезду. За последнее десятилетие континуум звезды в ближней инфракрасной области сместился, что также подтверждает гипотезу о новой пыли. На ранних снимках, сделанных до 2003 года, поглощение водорода больше, чем на последних.

Другие наблюдения за красными сверхгигантами также показывают, что их околозвёздное окружение не является сферическим. Например, пыль, окружающая остаток SN1987A, также не сферическая. Астрофизики полагают, что эта пыль была выброшена звездой-прародителем SN1987A перед тем, как она превратилась в голубого сверхгиганта и взорвалась.

Вытянутая, коконообразная форма выбросов имеет два возможных объяснения. «Вытянутая эмиссия может быть вызвана биполярным оттоком вдоль оси пылевого тора», — объясняют авторы. «В качестве альтернативного объяснения, удлинение может быть вызвано взаимодействием с невидимым нам компаньоном».

Несферические структуры встречаются довольно часто, и исследователи хотят лучше понять это явление. «Учитывая высокое количество массивных звёзд, асимметричная, усиленная потеря массы на стадии красного сверхгиганта, которая может быть вызвана взаимодействием в двойных системах, важна не только для лучшего понимания эволюции массивных звёзд, но и для интерпретации спектров сверхновых ранней фазы», — объясняют авторы.

К сожалению, наблюдать WOH становится всё сложнее. Пыль заслоняет звезду. «Образование новой горячей пыли также означает, что центральная звезда сейчас более затемнена, чем до 2009 года», — объясняют авторы, и если звезда продолжит сбрасывать материал, она станет ещё тусклее.

Но новые инструменты могут помочь. Преемник GRAVITY, GRAVITY+, постепенно готовят к работе, он будет полностью готов к 2026 году. «Аналогичные последующие наблюдения с помощью инструментов ESO будут важны для понимания того, что происходит в звезде», — заключил Охнака.

WOH G64 готовится к взрыву, но это не означает, что он обязательно произойдёт на нашем веку. Вряд ли кто-то из ныне живущих станет свидетелем этого взрыва. Однако с астрономической точки зрения гибель звезды может быть неминуемой.

Возможно, наши далёкие потомки, если они у нас будут, станут свидетелями этого события.