Jaga_lux, Natalia i verkligheten. Vad hotar oss med denna carina? Denna Carina är en hyperjättestjärna

29 augusti 2018
En vacker bild av Carina-nebulosan, en av de största och ljusaste nebulosorna på natthimlen, togs av VISTA-teleskopet vid ESO:s Paranal-observatorium i Chile. Infraröda observationer har gjort det möjligt för VISTA-teleskopet att se genom massorna av het gas och mörkt damm som fyller nebulosan, många stjärnor, både nyfödda och som avslutar sin livscykel.

Cirka 7500 ljusår bort, i stjärnbilden Carina (Carina), finns en nebulosa, inuti vilken stjärnor föds och dör sida vid sida med varandra. Dessa våldsamma processer bildar Carina-nebulosan - ett gigantiskt dynamiskt utvecklande moln av interstellär gas och stoft.

I dess djup avger massiva stjärnor kraftfull strålning, under påverkan av vilken gasen som omger dem lyser. Däremot innehåller närliggande områden av nebulosan mörka massor av damm, inom vilka nyfödda stjärnor lurar. Det pågår alltså en pågående strid mellan stjärnor och damm i Carinanebulosan, och de nybildade stjärnorna i den vinner: den högenergistrålning och stjärnvinden de sänder ut förångar och skingra den dammiga stjärnbarnkammaren där de föddes.

Carinanebulosan sträcker sig över 300 ljusår. Detta är en av de största stjärnbildande regionerna i Vintergatan. En mörk natt är det lätt att se på himlen med blotta ögat. Men till förtret för oss som bor i norr är den bara synlig på södra halvklotet, eftersom den ligger 60 grader söder om himmelsekvatorn.

Inuti denna anmärkningsvärda nebulosa finns ett föremål som är känt som det mest ovanliga stjärnsystemet som är känt - Eta Carina. Denna monstruösa dubbelstjärna är den mest kraftfulla när det gäller energiutsläpp i området runt den. På 1930-talet var det ett av de ljusaste föremålen på himlen, men sedan dess har dess ljusstyrka rasat. Hon avslutar sin livscykel, men förblir en av de mest massiva och ljusstarkaste stjärnorna i Vintergatan.

I bilden ovan kan Eta Carinae ses som en del av en ljus punkt av ljus strax ovanför toppen av det V-formade draget som bildas av dammmolnen. Till höger om Eta Carinae, också inom Carinanebulosan, ligger den relativt lilla nyckelhålsnebulosan, ett kompakt och tätt moln av kall molekylär gas som innehåller flera massiva stjärnor. Utseendet på denna nebulosa har också förändrats dramatiskt under det senaste århundradet.

Carinanebulosan upptäcktes på 1750-talet av Nicolas Louis de Lacaille, då vid Godahoppsudden. Sedan dess har ett stort antal bilder på henne tagits fram. Men en bild tagen med Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy fångar en bredbildsbild med oöverträffad detalj. Den höga känsligheten hos mottagaren i det infraröda området gjorde det möjligt att avslöja agglomerationer av unga stjärnor gömda inuti dammmolnen som fyller nebulosan. 2014, med hjälp av VISTA-teleskopet, upptäcktes nära infraröd strålning i Carina-nebulosan, vilket gjorde det möjligt att få en objektiv uppfattning om omfattningen av stjärnbildning som äger rum i den. VISTA är världens största bredfälts infraröda teleskop som specialiserat sig på skyundersökningar. Dess stora diameter, breda synfält och gör det möjligt för astronomer att få helt nya bilder av objekt på den södra himlen.

Anteckningar

Huvudutredaren för observationsprogrammet som producerade denna bild var Jim Emerson (School of Physics & Astronomy, Queen Mary University of London, UK). Simon Hodgkin och Mike Irwin, Cambridge Astronomical Survey Unit, Cambridge University, Storbritannien var hans medarbetare. Databehandling utfördes av Mike Irwin och Jim Lewis (Cambridge Astronomical Survey Unit, Cambridge University, Storbritannien).

Att lära sig mer

European Southern Observatory (ESO, European Southern Observatory) är den ledande interstatliga astronomiska organisationen i Europa, långt före andra markbaserade astronomiska observatorier i världen när det gäller produktivitet. 15 länder deltar i dess arbete: Österrike, Belgien, Storbritannien, Tyskland, Danmark, Spanien, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Finland, Frankrike, Tjeckien, Schweiz och Sverige, samt Chile, som tillhandahållit sitt territorium för placeringen av ESO:s observatorier, och Australien, som är dess strategiska partner. ESO driver ett omfattande program för att designa, bygga och driva kraftfulla markbaserade observationsinstrument för att göra det möjligt för astronomer att utföra kritisk vetenskaplig forskning. ESO spelar också en ledande roll i att organisera och stödja internationellt samarbete inom astronomiområdet. ESO har tre unika observationsplatser i världsklass i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Paranal-observatoriet har Very Large Telescope ESO (The Very Large Telescope, VLT), som kan fungera i formatet Very Large Telescope Interferometer VLTI, och två största vidvinkelteleskop: VISTA, som utför infraröda himmelundersökningar, och VLT Survey Telescope (VLT Survey Telescope). ESO är också en av huvudpartnerna i driften av två submillimetervåginstrument på Chajnantorplatån: APEX-teleskopet och vår tids största astronomiska projekt, ALMA. På Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO 39m ELT Extremely Large Telescope, som kommer att bli "mänsklighetens största öga mot himlen".

Superjätten Eta Carinae (denna Carina)

Den massiva superjättestjärnan ligger 7 500 ljusår från jorden. Den yttre hästskoringen har en temperatur på cirka 3 miljoner Kelvin. Denna ring är cirka två ljusår i diameter. Den har troligen skapats av en explosion som inträffade för över tusen år sedan. Det blå molnet i mitten är tre ljusmånader tvärs över och är som varmast. Den vita regionen, mindre än en ljusmånad i diameter, är den hetaste och kan innehålla en superstjärna..

Denna Carina (η Car, η Carinae) är en hyperjättestjärna i stjärnbilden Carina, en klarblå variabel ( LBV), en av de största och mest instabila stjärnorna som vetenskapen känner till.

Massan av η Carina är 100-150 solmassor, vilket är nära den teoretiska gränsen, den bolometriska ljusstyrkan är cirka 5 miljoner solmassor. Stjärnan omges av den stora, ljusa nebulosan NGC 3372 (Carinanebulosan), samt den lilla, nyligen bildade Homunculusnebulosan (se nedan). Inte långt från stjärnan ligger nyckelhålsnebulosan. Vissa forskare tror att η Carina kommer att gå supernova före andra stjärnor i Vintergatan.

Stjärnans absoluta magnitud är −12 m, vilket betyder att på ett avstånd av 10 parsec skulle Eta Carinae på jordens himmel vara lika ljus som månen vid fullmåne. Som jämförelse: Solen från ett sådant avstånd kunde bara knappt ses med blotta ögat.

Under historisk tid har Carinas η kraftigt förändrat sin ljusstyrka. I Halleys katalog från 1677 anges den fjärde magnituden, 1730 blev stjärnan en av de ljusaste i Kiel, men 1782 blev den återigen mycket svag. År 1820 började en kraftig ökning av stjärnans ljusstyrka och i april 1843 nådde den en skenbar magnitud på −0,8 m, och blev den näst ljusaste på himlen efter Sirius. Efter det sjönk ljusstyrkan hundratals gånger, och 1870 blev stjärnan osynlig för blotta ögat. För 2005 är den skenbara stjärnmagnituden cirka 5-6 m. Samtidigt förblir η Carina en av de ljusaste källorna till infraröd strålning utanför solsystemet. Stjärnan ligger på ett avstånd av 7500-8000 ljusår från solen.

Denna Carina förlorar massa så snabbt att dess fotosfär inte är gravitationsbunden till stjärnan och "blåses bort" av strålning in i det omgivande rymden. Under utbrottet 1841-1843 bildades den bipolära nebulosan Homunculus runt stjärnan, som har en storlek på 12 gånger 18 bågsekunder. Dammmassan i Homunculus är cirka 0,04 solmassor, totalt antas flera solmassor ha tappats under utbrottet.

Stjärnan har ett modernt namn Foramen (lat. forum"hål"), förknippad med nyckelhålsnebulosan nära stjärnan.

VISTA-teleskopet fotograferat i infraröda strålar en av de största nebulosorna i Vintergatan.

En vacker bild av Carina-nebulosan, en av de största och ljusaste nebulosorna på natthimlen, togs av VISTA-teleskopet vid ESO:s Paranal-observatorium i Chile. Infraröda observationer har gjort det möjligt för VISTA-teleskopet att se genom massorna av het gas och mörkt damm som fyller nebulosan, många stjärnor, både nyfödda och som avslutar sin livscykel.

Inom denna anmärkningsvärda nebulosa ligger ett objekt känt som det mest ovanliga stjärnsystemet som är känt, Eta Carinae. Denna monstruösa dubbelstjärna är den mest kraftfulla när det gäller energiutsläpp i området runt den. På 1930-talet var det ett av de ljusaste föremålen på himlen, men sedan dess har dess ljusstyrka rasat. Hon avslutar sin livscykel, men förblir en av de mest massiva och ljusstarkaste stjärnorna i Vintergatan.

Carinanebulosan upptäcktes på 1750-talet av Nicolas Louis de Lacaille, då vid Godahoppsudden. Sedan dess har ett enormt antal bilder på henne tagits emot. Men en bild tagen med VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) ger en bredbildsbild i oöverträffad detalj. Den höga känsligheten hos mottagaren i det infraröda området gjorde det möjligt att avslöja agglomerationer av unga stjärnor gömda inuti dammmolnen som fyller nebulosan. 2014, med hjälp av VISTA-teleskopet, upptäcktes cirka fem miljoner individuella källor för infraröd strålning i Carina-nebulosan, vilket gjorde det möjligt att få en objektiv uppfattning om omfattningen av stjärnbildning som äger rum i den. VISTA är världens största bredfälts infraröda teleskop som specialiserat sig på skyundersökningar. Den stora diametern på dess huvudspegel, det breda synfältet och mycket känsliga mottagare gör att astronomer kan få helt nya bilder av objekt på den södra himlen.

Vladilen Stepanovich, berätta lite om bakgrunden till upptäckten av rymdlasereffekten. Generellt, vad gjorde en sådan upptäckt möjlig?

Ja, faktiskt, jag talade om denna effekt på Lebedev Physics Institute och några dagar innan vid US NASA Goddard Space Research Center i Greenbelt nära Washington. Det är där som Hubble Space Telescope Control Center ligger, med hjälp av vilken denna upptäckt gjordes. Endast detta unika astronomiska instrument gör det möjligt att utföra sådana studier på ett tillförlitligt sätt.

Ett storslaget vetenskapligt projekt - rymdteleskopet Hubble på flera miljarder dollar - har verkat i en 500 kilometer hög lågomloppsbana om jorden i 12 år. Den hålls inte bara i utmärkt skick utan förbättras också ständigt under vanliga rymdfärjor. Under det nyligen genomförda fjärde framgångsrika serviceuppdraget för "skytteln" Columbia (värd hundratals miljoner dollar) i mars i år förbättrades Hubbles prestanda radikalt, djupet på skanningsutrymmet tiodubblades. Det blev möjligt att observera kollisionen av galaxer på ett avstånd av cirka en halv miljard ljusår. Enligt NASA-experter öppnar den senaste förbättringen av Hubble-teleskopet en ny era av forskning med dess hjälp.

Alla observationer på teleskopet bearbetas vid Goddard Center och blir om ett år tillgängliga för forskare runt om i världen. Alla forskare i vilket land och var som helst får tillgång till denna unika vetenskapliga information gratis via Internet. I detta avseende skulle det vara användbart att påminna om att en observationssession på Hubble-teleskopet under 3-4 varv runt jorden kostar amerikanska skattebetalare cirka en halv miljon dollar.

Naturligtvis investerar astronomer och astrofysiker från hundratals laboratorier och universitet i många länder sin intellektuella och ekonomiska potential, förmodligen i jämförbar skala, i tolkningen av de erhållna observationsdata. Dessutom byggs Hubble-observationsprogrammet på en konkurrenskraftig basis med internationellt deltagande och täcker både vårt solsystem, vår galax och det enorma extragalaktiska rymden - andra galaxer upp till universums utkanter.

Men låt oss gå tillbaka till lasern i närheten av stjärnan Eta Karina, den ljusaste och mest massiva stjärnan i vår galax... Vad är kärnan i den kosmiska lasereffekten?

Jag förutspådde lasereffekten i det optiska området för många år sedan efter upptäckten av mikrovågsmasrar som opererade i interstellära moln. Lasrar kräver mer intensiv excitation, eller, som de säger, pumpning. Sådana förhållanden finns i stjärnornas atmosfär, men lasereffekten är svår att observera i dem mot bakgrund av intensiv strålning från själva stjärnan. Denna Carina ligger på ett avstånd av cirka 8 tusen ljusår från oss. Detta är en mycket instabil stjärna. Den exploderade för 150 år sedan, och under explosionen observerades den på södra halvklotet som den näst ljusaste (efter Sirius) stjärnan.

Som ett resultat av explosionen av en stjärna kastades en enorm mängd materia ut i det omgivande rymden i form av atomer av alla element i Mendeleevs periodiska system. Atomer i närheten av en stjärna joniseras av högtemperaturstrålning (20-30 tusen grader) från dess yta (stjärnans fotosfär). Det är i en blandning av joniserade atomer i gasmoln, det vill säga ett försålt cirkumstellärt plasma, som ett icke-jämviktstillstånd uppstår nära en stjärna, som i en konventionell laser, och inducerad emission av fotoner sker vid kvantövergångar, i vårt fall järn joner. Det är sant att det inte finns några speglar i rymden, och därför är laserstrålning icke-riktad, det vill säga den förekommer i alla riktningar, inklusive i jordens riktning.

Huvudkomponenten i den materia som stjärnan skjuter ut är väte, och det är just dess intensiva monokromatiska strålning, som uppstår under inverkan av strålning från centralstjärnan Eta Carina, som tillhandahåller pumpningen av järnjonnivåerna i rymdlasern. Som ett resultat blir svaga spektrallinjer av järnjoner, som utgör cirka 0,01 % av den cirkumstellära materien, ljusa laserlinjer. Hubble-teleskopet gör det möjligt att observera emissionen av dessa lasercirkumstellära områden separat från stjärnans emission på grund av dess exceptionella vinkelupplösning. Det är därför denna effekt hittades. I huvudsak är miljön för denna ljusa stjärna (den är flera miljoner gånger ljusare än solen) ett gigantiskt naturligt laboratorium för atomfysik och spektroskopi.

Professor Johansson från Astronomiinstitutet vid Lunds universitet (Sverige) och jag har under de senaste åren studerat ovanliga atomfysiska processer i närheten av denna stjärna, observerade med hjälp av Hubble-teleskopets unika spektralutrustning. Under dessa studier lyckades vi upptäcka ett antal mycket intressanta effekter som inte tidigare observerats under astrofysiska förhållanden, inklusive lasereffekten. Dessa studier utfördes tillsammans med Dr. Gull från Goddard Space Center.

Och vad betyder detta för vetenskapen, till exempel för astrofysiken?

Instabila exploderande stjärnor, de kallas supernovor, är unika objekt i rymden. Stjärnan Eta Carina är den närmaste supernovan till oss, som kan studeras mycket mer i detalj än avlägsna supernovor. Astrofysiker känner ännu inte till arten av dessa explosioner, och därför är observationen av materia som kastas ut i det cirkumstellära rymden, upplyst av stjärnstrålning och därför observerad, mycket viktig för att förstå naturen hos sådana stjärnexplosioner. Förresten, explosionen av den sista supernovan, som är femtio gånger längre från oss än Eta Karina, var 1987, och den liknade explosionen av Eta Karina. Dessutom är det fullt möjligt att explosioner av supernovor i vår galax inte passerar spårlöst för oss jordbor.

I stort sett är tre globala problem av allmänt mänskligt intresse: människan själv och livet, jorden som hon lever på och kosmos som hon är nedsänkt i. Alla dessa problem hänger ihop på ett uppenbart och långt ifrån självklart, oklart sätt för oss. Och det är viktigt att Ryssland ger ett betydande bidrag till denna kunskapsprocess. Ibland är detta bidrag förknippat med ett tekniskt genombrott och stora finansiella investeringar. (Kom ihåg vårt snabba genombrott i rymden.) Nu, genom ödets vilja, är vårt bidrag mer kopplat till Rysslands enorma intellektuella potential.

Nyligen, när jag talade med en vetenskaplig rapport vid den ryska vetenskapsakademins presidium om ett problem som kräver betydande ekonomiska utgifter, som ännu inte är tillåtna för Ryssland, påminde jag om orden från den store fysikern, grundaren av kärnfysik, Lord Ernest Rutherford, sade av honom på 30-talet av förra seklet i det rikaste brittiska imperiet: "Vi har inga pengar, men vi måste tänka." Det känns som att han sa det till oss.