Супергигантская Звезда Eta Carinae. Местонахождение на небосводе

Супергигантская Звезда Eta Carinae (Эта Киля )

Массивная супергигантская звезда находится на расстоянии в 7500 световых лет от Земли. Внешнее подковообразное кольцо имеет температуру приблизительно в 3 миллиона градусов Кельвина. В диаметре это кольцо приблизительно в два световых года. Вероятно было образована взрывом, который произошел более тысячи лет назад. Синее облако в середине - три световых месяца в диаметре и наиболее горячее. Белая область, менее светового месяца в диаметре, является самой горячей и может содержать суперзвезду .

Эта Киля (η Car, η Carinae) - звезда-гипергигант в созвездии Киля, яркая голубая переменная (LBV ), одна из самых больших и неустойчивых известных науке звёзд.

Масса η Киля составляет 100-150 масс Солнца, что близко к теоретическому пределу, болометрическая светимость - около 5 млн солнечных. Звезда окружена большой яркой туманностью NGC 3372 (Туманность Киля), а также маленькой, недавно образовавшейся туманностью Гомункул (см. ниже). Недалеко от звезды находится туманность Замочная скважина. Некоторые учёные полагают, что η Киля станет сверхновой раньше других звёзд в Млечном Пути.

Абсолютная звёздная величина звезды составляет −12 m , что значит, что на расстоянии в 10 парсек Эта Киля на земном небе была бы такой же яркой, как Луна в полнолуние. Для сравнения: Солнце с такого расстояния можно было бы лишь с трудом увидеть невооружённым глазом.

В историческое время η Киля сильно меняла яркость. В каталоге Галлея 1677 года указана четвёртая звёздная величина, в 1730 звезда стала одной из самых ярких в Киле, но в 1782 опять стала очень слабой. В 1820 началось резкое увеличение яркости звезды и в апреле 1843 она достигла видимой звёздной величины −0,8 m , став второй по яркости на небе после Сириуса. После этого яркость упала в сотни раз, и к 1870 звезда стала невидимой невооружённым глазом. На 2005 год видимая звёздная величина составляет около 5-6 m . В то же время, η Киля остаётся одним из ярчайших источников инфракрасного излучения за пределами Солнечной системы. Звезда расположена на расстоянии 7500-8000 световых лет от Солнца.

Эта Киля теряет массу настолько быстро, что её фотосфера гравитационно не связана со звездой и «сдувается» излучением в окружающее пространство. При вспышке 1841-1843 вокруг звезды образовалась биполярная туманность Гомункул, которая имеет размер 12 на 18 угловых секунд. Масса пыли в Гомункуле составляет около 0,04 массы Солнца, всего во время вспышки, как предполагается, было сброшено несколько масс Солнца.

Звезда имеет современное название Форамен (лат. foramen «отверстие»), связанное с близкой к звезде туманностью Замочная скважина.

В созвездии Киля (лат. Сarina) – его хорошо видно в Южном полушарии, – на расстоянии 7-10 тысяч световых лет от Земли располагается звезда Эта Карины (Eta Carinae). Ее масса составляет от 100 до 120 солнечных масс, а светимость в 4–5 миллиона раз выше, чем у Солнца.

Астрономы по праву называют ее «таинственной звездой». Судьба ее, можно сказать, начертана на небесах. Эта Карины принадлежит к классу нестабильных голубых гигантов. Подобные звезды очень быстро расходуют содержащийся в их недрах водород и по прошествии нескольких миллионов лет взрываются в виде сверхновой или, может быть, даже гиперновой звезды. На месте взорвавшегося светила остается лишь черная дыра.

Примечательна Эта Карины своими периодическими вспышками и соответственно изменениями яркости (видимого блеска). В 1677 году Эдмунд Галлей, внося ее в каталог, обозначил ее как звезду 4-й величины. Однако уже к 1730 году она стала одной из самых ярких звезд в созвездии Киля. В 1782 году она вновь потускнела до своей прежней величины. Затем, начиная с 1820 года, ее яркость стала нарастать. Так, в 1827 году она светилась уже в 10 раз ярче, чем за несколько лет до этого, а по прошествии десяти лет, в 1837 году, произошла ее ярчайшая вспышка. В то время лишь Сириус пылал на небосводе ярче, чем эта звезда, пережившая взрыв, но не уничтоженная им. «Никогда прежде, – писал британский астроном Джон Гершель, находившийся в ту пору в Южной Африке, – я не видел такого великолепия». Во второй половине XIX века Эта Карины очень заметно потускнела. Наконец, с 1900 по 1940 год ее можно было наблюдать лишь в телескоп.

Эта Карины известна своими периодическими вспышками и соответственно изменениями яркости

Как известно, звездные величины обозначают индексом m (от латинского magnitudo – «величина»), который ставят вверху после числового значения. Например, яркость Полярной звезды составляет 2,3 m . Исторически сложилось так, что наиболее яркими звездами считались звезды 1-й величины, наиболее слабыми – 6-й величины. С появлением оптических приборов эта шкала необычайно расширилась: уже в бинокль можно увидеть звезды, чей блеск равен 10 m , а в телескоп – 29 m . Видимый блеск самых ярких звезд и планет стали обозначать в отрицательных звездных величинах, например, блеск Венеры (-4 m) и Луны (-11 m).

Так вот, видимый блеск Эта Карины в 1900–1940 годах составляла от 7 до 8 m , в то время как в 1843 году обозначался отрицательной величиной (-0,8 m). Но в годы Второй мировой войны Эта Карины мало-помалу начала разгораться. Теперь ее вновь можно было заметить на небосводе. В 1998–1999 годах ее яркость в течение 18 месяцев удвоилась.

Что же происходит с этой звездой? После памятного взрыва, состоявшегося в 1837 году, Эта Карины сбросила не всю свою оболочку, а лишь малую ее часть (впрочем, и та весила примерно в три раза больше, чем Солнце). «Очевидно, эта звезда напоминает громадный паровой котел, – комментирует немецкий астроном Керстин Вайс. – Когда давление в ее недрах нарастает, она сбрасывает немного пара».

Впоследствии облака газа и пыли, выброшенные в космос, заслонили от нас звезду. Возникла туманность Карины, протянувшаяся на две с лишним сотни световых лет. Однако превращения звезды на этом не кончились, хотя она исчезла из поля нашего зрения. Ее газовое ядро осталось, пережив катаклизм. Как показывают фотографии, сделанные телескопом «Хаббл», это ядро все еще бурлит, яркость звезды внезапно возрастает. Возможно, полагает Керстин Вайс, «шлейф газа и пыли, образовавшийся полтора века назад, теперь вытянулся настолько, что сквозь него стала просвечивать Эта Карины». Когда-нибудь она еще засияет ярче всех других звезд.

Наблюдая за туманностью, окружающей эту звезду и сформированной из материала, который она извергала во время вспышек, астрономы пришли к выводу, что подобные катастрофы наблюдались, например, в XV веке, а также в конце I тысячелетия нашей эры. О последнем напоминает образование в виде подковы, достигающее в поперечнике 2 световых лет и обнаруженное рентгеновским телескопом «Чандра» в 1999 году. Температура газа внутри этого полукольца, в непосредственной близости от звезды, составляет 60 миллионов кельвинов, а снаружи – там, где газовая оболочка, отторгнутая ей, сталкивается с межзвездным веществом – все еще достигает примерно 3 миллионов кельвинов.

Астрономы пока безуспешно пытаются найти хоть какие-то исторические свидетельства, сообщающие о вспышках этой звезды в далеком прошлом. Единственный текст, на который они обратили внимание, это шумерский миф, сложившийся в IV тысячелетии до нашей эры. Он повествует о боге Энки, который является людям в обличье звезды, меняющей свою яркость. Однако нет никаких упоминаний о том, в какой части небосвода пребывал Энки, и, значит с звездой Эта Карины его можно связывать лишь гипотетически.

Причина вспышек, время от времени сотрясающих эту звезду, пока еще не вполне понятна ученым. Возможно, нестабильность Эта Карины обусловлена ее массой. Мощная сила гравитации скрепляет остов этого гиганта, но в его недрах вовсю идет термоядерная реакция. Звезду буквально распирает изнутри. Пока две эти силы находятся в равновесии, поток излучения сдерживается. Однако их паритет обманчив. Достаточно какого-то внешнего фактора, и произойдет такой же мощный взрыв, как и полтора века назад.

В спектре Эта Карины астрономы выявили периодические изменения. Они указывают на то, что на самом деле речь идет о двойной звездной системе, состоящей из объектов, которые обращаются относительно друг друга с периодичностью примерно в 5,54 года. Именно через такой промежуток времени рентгеновское излучение, исходящее из центральной части Эта Карины, уменьшается до минимума. Этот феномен можно объяснить тем, что один из объектов, составляющих звездную пару, закрывает другой. Источником рентгеновского излучения может быть столкновение звездных ветров – потоков заряженных частиц, испускаемых каждым из этих двух объектов. Впрочем, пока не создана убедительная модель, которая объяснила бы все странности и загадки звезды Эта Карины, хотя у астрономов остается все меньше сомнений в том, что это – двойная звезда.

В 2003 году Вольфганг Кундт и Кристоф Хилеманс, впрочем, высказали гипотезу, превращающую звезду Эта Карины в тройную звезду, которая состоит из двух «нормальных» звезд, чья масса составляет порядка 60 солнечных масс, а также нейтронной звезды. В любом случае, она – уникальный объект, ведь она расположена в относительной близости от Земли.

По признанию ученых, Эта Карины, находящаяся на одной из последних стадий своего развития, является одним из самых интересных объектов для всех, кто изучает эволюцию звезд. При тех катастрофах, которые она пережила, звезду обычно разрывает на части. Она же, удивляются астрономы, «как-то уцелела». Вот и в следующий раз она может выжить после катастрофы, а может и окончательно погибнуть. В любом случае, в ближайшие 100 тысяч лет она полностью взорвется и станет сверхновой.

Ее гибель вроде бы ничем не грозит Земле – разве что порадует всех любителей звездного неба (а кто из нас хоть раз в жизни не глядел завороженно на него?). По словам американского астрофизика Марио Ливио, «это будет самое эффектное звездное шоу за всю историю человечества». Чего доброго, после взрыва Эта Карины в Южном полушарии станет так светло по ночам, что можно будет сутки напролет читать, например, справочник о поведении сверхновых, даже не включая электрический свет, иронизирует астроном Дэвид Пули из Берклийского университета. Когда-нибудь это произойдет. Когда?

<<< Назад

Вперед >>>

Владилен Степанович, расскажите немного о предыстории открытия эффекта космического лазера. Вообще благодаря чему удалось сделать такое открытие?

Да, действительно, я рассказывал об этом эффекте в Физическом институте имени Лебедева и за несколько дней до этого в Центре космических исследований имени Годдарда NASA США в Гринбелте под Вашингтоном. Именно там находится Центр управления космическим телескопом Хаббла, с помощью которого и сделано это открытие. Только этот уникальный астрономический инструмент позволяет надежно проводить подобные исследования.

Грандиозный научный проект - космический телескоп Хаббла стоимостью в несколько миллиардов долларов - работает на околоземной орбите высотой 500 километров уже 12 лет. Он не только поддерживается в прекрасном рабочем состоянии, но и постоянно совершенствуется в ходе регулярных сервисных миссий космических "челноков". Во время недавней четвертой успешной сервисной миссии "челнока" "Колумбия" (стоимостью в сотни миллионов долларов) в марте этого года характеристики Хаббла были радикально улучшены, глубина сканирования космического пространства возросла в десятки раз. Стало возможным наблюдение столкновения галактик, происходящих на расстоянии около полумиллиарда световых лет. По мнению специалистов NASA, последнее усовершенствование телескопа Хаббла открывает новую эру исследований с его помощью.

Все наблюдения на телескопе обрабатываются в Центре имени Годдарда и через год становятся доступными для ученых всего мира. Любой исследователь в любой стране и в любом месте получает доступ к этой уникальной научной информации совершенно бесплатно через интернет. В этой связи нелишне будет напомнить, что сеанс наблюдений на телескопе Хаббла в течение 3-4 оборотов вокруг Земли обходится налогоплательщикам США в сумму около полумиллиона долларов.

Естественно, что астрономы и астрофизики сотен лабораторий и университетов многих стран вкладывают интеллектуальный и финансовый потенциал, вероятно, сравнимого масштаба в интерпретацию полученных наблюдательных данных. Более того, программа наблюдений на Хаббле строится на конкурсной основе с международным участием и охватывает как нашу Солнечную систему, нашу Галактику, так и громадное внегалактическое пространство - другие галактики вплоть до окраин Вселенной.

Но вернемся к лазеру в окрестности звезды Эта Карина - самой яркой и массивной в нашей Галактике... В чем суть космического лазерного эффекта?

Лазерный эффект в оптическом диапазоне я предсказал много лет назад после открытия микроволновых мазеров, действующих в межзвездных облаках. Лазеры требуют более интенсивного возбуждения, или, как говорят, накачки. Такие условия существуют в атмосферах звезд, но лазерный эффект трудно наблюдаем в них на фоне интенсивного излучения самой звезды. Эта Карина находится на расстоянии примерно 8 тысяч световых лет от нас. Это крайне нестабильная звезда. Она взорвалась 150 лет назад, и во время взрыва наблюдалась в Южном полушарии как вторая ярчайшая (после Сириуса) звезда.

В результате взрыва звезды в окружающее пространство было выброшено огромное количество вещества в виде атомов всех элементов периодической таблицы Менделеева. Атомы в окрестности звезды ионизуются высокотемпературным (20-30 тысяч градусов) излучением ее поверхности (фотосферы звезды). Именно в смеси ионизованных атомов в газовых облаках, то есть разреженной околозвездной плазме, вблизи звезды возникает, как и в обычном лазере, неравновесное состояние и происходит индуцированное излучение фотонов на квантовых переходах, в нашем случае ионов железа. Правда, в космосе нет зеркал, и потому лазерное излучение ненаправленно, то есть происходит во всех направлениях, в том числе и в направлении Земли.

Основной компонент выброшенного звездой вещества - водород, и именно его интенсивное монохроматическое излучение, возникающее под действием излучения центральной звезды Эта Карина, обеспечивает накачку уровней ионов железа космического лазера. В результате слабые спектральные линии ионов железа, составляющие примерно 0,01% долю околозвездного вещества, становятся яркими лазерными линиями. Телескоп Хаббла позволяет наблюдать излучение этих лазерных околозвездных областей отдельно от излучения звезды благодаря его исключительному угловому разрешению. Именно поэтому этот эффект и удалось обнаружить. По существу, окружение этой яркой звезды (она ярче Солнца в несколько миллионов раз) является гигантской естественной лабораторией атомной физики и спектроскопии.

Профессор Йоханссон из Института астрономии Лундского университета (Швеция) и я в последние годы исследуем необычные атомно-физические процессы в окрестности этой звезды, наблюдаемые с помощью уникальной спектральной аппаратуры хаббловского телескопа. В ходе этих исследований нам удалось обнаружить ряд интереснейших эффектов, ранее не наблюдавшихся в астрофизических условиях, в том числе лазерный эффект. Эти исследования мы проводили совместно с доктором Гуллом из Годдардского космического центра.

А что это дает для науки, например для астрофизики?

Нестабильные взрывающиеся звезды, их называют сверхновыми, - уникальные объекты в космосе. Звезда Эта Карина - ближайшая к нам сверхновая, которая может быть изучена гораздо более детально, чем удаленные сверхновые звезды. Астрофизики пока не знают природу этих взрывов, и поэтому наблюдение выброшенного в околозвездное пространство вещества, подсвеченного излучением звезды и потому наблюдаемого, является очень важным для понимания природы таких звездных взрывов. Кстати, взрыв последней сверхновой звезды, которая в пятьдесят раз дальше от нас, чем Эта Карина, был в 1987 году, и он был похож на взрыв Эта Карины. Кроме того, вполне возможно, что взрывы сверхновых звезд в нашей Галактике не проходят бесследно для нас, землян.

По большому счету общечеловеческий интерес имеют три глобальные проблемы: сам человек и жизнь, Земля, на которой он живет, и космос, в который он погружен. Все эти проблемы взаимосвязаны очевидным и далеко неочевидным, неясным пока для нас образом. И важно, что Россия вносит свой значительный вклад в этот процесс познания. Иногда этот вклад связан с технологическим прорывом и крупными финансовыми вложениями. (Вспомним наш стремительный прорыв в космос.) Сейчас волею судеб наш вклад больше связан с громадным интеллектуальным потенциалом России.

Недавно, выступая с научным сообщением на президиуме Российской академии наук по проблеме, требующей значительных финансовых затрат, пока еще не позволительных для России, я напомнил слова великого физика, основателя ядерной физики лорда Эрнеста Резерфорда, сказанные им в 30-е годы прошлого столетия в богатейшей Британской империи: "У нас нет денег, но мы должны думать". Такое чувство, что он говорил это для нас.

29 августа 2018 г.
Прекрасное изображение туманности Киля, одной из самых больших и ярких туманностей на ночном небе, получено на телескопе VISTA в обсерватории ESO Параналь в Чили. Наблюдения в инфракрасных лучах позволили телескопу VISTA увидеть сквозь массы горячего газа и темной пыли, заполняющих туманность, множество звезд, как новорожденных, так и заканчивающих свой жизненный цикл.

Примерно в 7500 световых лет от нас, в созвездии Киля (Carina), находится туманность, внутри которой бок о бок друг с другом рождаются и умирают звезды. Эти бурные процессы и формируют туманность Киля – гигантское динамически развивающееся облако межзвездного газа и пыли.

В его недрах массивные звезды испускают мощное излучение, под воздействием которого светится окружающий их газ. По контрасту с этим соседние области туманности содержат темные массы пыли, внутри которых скрываются новорожденные звезды. Таким образом, между звездами и пылью в туманности Киля идет непрекращающаяся битва, и новообразованные звезды в ней побеждают: испускаемые ими высокоэнергетическое излучение и звездный ветер испаряют и рассеивают пылевые звездные ясли , в которых они родились.

Туманность Карина простирается более, чем на 300 световых лет. Это одна из крупнейших областей звездобразования в Млечном Пути. Темной ночью ее легко увидеть на небе невооруженным глазом. Но, к огорчению тех из нас, кто живет на севере, она видна только в южном полушарии, так как лежит на 60 градусов к югу от небесного экватора.

Внутри этой замечательной туманности находится объект, пользующийся славой самой необычной из известных звездных систем – Эта Киля . Эта чудовищная двойная звезда является самой мощной по энерговыделению в окружающей ее области. В 30-х годах XIX века она была одним из самых ярких объектов на небе, но с тех пор ее светимость резко упала. Она заканчивает свой жизненный цикл, но остается одной из самых массивных и ярких звезд Млечного Пути.

На приводимом снимке Эту Киля можно видеть как часть яркого светового пятна сразу над вершиной V-образной детали, образованной пылевыми облаками. Справа от Эты Киля, также внутри туманности Карина, лежит относительно маленькая туманность «Замочная Скважина» --компактное и плотное облако холодного молекулярного газа, в котором находится несколько массивных звезд. Вид этой туманности тоже резко изменился за последние столетия.

Туманность Киля была открыта в 1750-х годах находившимся тогда на мысе Доброй Надежды Николя Луи де Лакайлем (Nicolas Louis de Lacaille). С тех пор было получено огромное количество ее изображений. Но снимок, полученный с обзорным телескопом видимого и инфракрасного диапазона (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) дает изображение в широком поле в беспрецедентных подробностях. Высокая чувствительность приемника в инфракрасной области позволила выявить агломерации молодых звезд, скрытых внутри пылевых облаков, которые заполняют туманность. В 2014 г. при помощи телескопа VISTA в туманности Киля было выявлено около инфракрасного излучения, что позволило составить объективное представление о масштабах происходящего в ней звездообразования. VISTA – крупнейший в мире широкоугольный телескоп инфракрасного диапазона, специализирующийся на обозрениях неба. Большой диаметр его , широкое поле зрения и позволяют астрономам получать совершенно новые изображения объектов южного неба.

Примечания

Научным руководителем (Principal Investigator) наблюдательной программы, в рамках которой было получено это изображение, был Джим Эмерсон (Jim Emerson, School of Physics & Astronomy, Queen Mary University of London, UK). Его сотрудниками были Саймон Ходжкин (Simon Hodgkin) и Майк Ирвин (Mike Irwin, Cambridge Astronomical Survey Unit, Cambridge University, UK). Обработку данных выполнили Майк Ирвин и Джим Льюис (Jim Lewis, Cambridge Astronomical Survey Unit, Cambridge University, UK).

Узнать больше

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы, намного обгоняющая по продуктивности другие наземные астрономические обсерватории мира. В ее работе участвуют 15 стран: Австрия, Бельгия, Великобритания, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO, и Австралия, являющаяся ее стратегическим партнером. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономии. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT), способный работать в формате Очень Большого Телескопа-Интерферометра VLTI, и два крупнейших широкоугольных телескопа: VISTA, выполняющий обзоры неба в инфракрасных лучах, и обзорный телескоп оптического диапазона VLT (VLT Survey Telescope). ESO также является одним из основных партнеров по эксплуатации двух инструментов субмиллиметрового диапазона на плато Чахнантор: телескопа APEX и крупнейшего астрономического проекта современности ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, ESO ведет строительство 39-метрового Чрезвычайно Большого Телескопа ELT, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо».

Телескоп VISTA сфотографировал в инфракрасных лучах одна из крупнейших туманностей Млечного Пути.

Прекрасное изображение туманности Киля, одной из самых больших и ярких туманностей на ночном небе, получено на телескопе VISTA в обсерватории ESO Параналь в Чили. Наблюдения в инфракрасных лучах позволили телескопу VISTA увидеть сквозь массы горячего газа и темной пыли, заполняющих туманность, множество звезд, как новорожденных, так и заканчивающих свой жизненный цикл.

Внутри этой замечательной туманности находится объект, пользующийся славой самой необычной из известных звездных систем – Эта Киля. Эта чудовищная двойная звезда является самой мощной по энерговыделению в окружающей ее области. В 30-х годах XIX века она была одним из самых ярких объектов на небе, но с тех пор ее светимость резко упала. Она заканчивает свой жизненный цикл, но остается одной из самых массивных и ярких звезд Млечного Пути.

На приводимом снимке Эту Киля можно видеть как часть яркого светового пятна сразу над вершиной V-образной детали, образованной пылевыми облаками. Справа от Эты Киля, также внутри туманности Карина, лежит относительно маленькая туманность «Замочная Скважина» -компактное и плотное облако холодного молекулярного газа, в котором находится несколько массивных звезд. Вид этой туманности тоже резко изменился за последние столетия.

Туманность Киля была открыта в 1750-х годах находившимся тогда на мысе Доброй Надежды Николя Луи де Лакайлем (Nicolas Louis de Lacaille). С тех пор было получено огромное количество ее изображений. Но снимок, полученный с обзорным телескопом видимого и инфракрасного диапазона VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) дает изображение в широком поле в беспрецедентных подробностях. Высокая чувствительность приемника в инфракрасной области позволила выявить агломерации молодых звезд, скрытых внутри пылевых облаков, которые заполняют туманность. В 2014 г. при помощи телескопа VISTA в туманности Киля было выявлено около пяти миллионов индивидуальных источников инфракрасного излучения, что позволило составить объективное представление о масштабах происходящего в ней звездообразования. VISTA – крупнейший в мире широкоугольный телескоп инфракрасного диапазона, специализирующийся на обозрениях неба. Большой диаметр его главного зеркала, широкое поле зрения и высокочувствительные приемники позволяют астрономам получать совершенно новые изображения объектов южного неба.