Jaga_lux, у реальному житті Наталія. Чим нам загрожує ця карина? Ця Кіля – зірка-гіпергігант

29 серпня 2018 р.
Прекрасне зображення туманності Кіля, однієї з найбільших та найяскравіших туманностей на нічному небі, отримано на телескопі VISTA в обсерваторії ESO Параналь у Чилі. Спостереження в інфрачервоних променях дозволили телескопу VISTA побачити крізь маси гарячого газу і темного пилу, що заповнюють туманність, безліч зірок як новонароджених, так і закінчують свій життєвий цикл.

Приблизно в 7500 світлових років від нас, у сузір'ї Кіля (Carina), знаходиться туманність, усередині якої пліч-о-пліч один з одним народжуються і вмирають зірки. Ці бурхливі процеси і формують туманність Кіля - гігантська хмара міжзоряного газу і пилу, що динамічно розвивається.

У його надрах потужні зірки випускають сильне випромінювання, під впливом якого світиться навколишній газ. За контрастом із цим сусідні області туманності містять темні маси пилу, всередині яких ховаються новонароджені зірки. Таким чином, між зірками і пилом у туманності Кіля йде безперервна битва, і новостворені зірки в ній перемагають: високоенергетичне випромінювання, що випускаються ними, і зірковий вітер випаровують і розсіюють пилові зоряні ясла, в яких вони народилися.

Туманність Каріна простягається більш ніж на 300 світлових років. Це одна з найбільших областей зірок освіти в Чумацькому Шляху. Темної ночі її легко побачити на небі неозброєним оком. Але, на жаль тих з нас, хто живе на півночі, вона видно тільки в південній півкулі, оскільки лежить на 60 градусів на південь від небесного екватора.

Усередині цієї чудової туманності знаходиться об'єкт, що користується славою найнезвичайнішої з відомих зіркових систем - Ця Кіля. Ця жахлива подвійна зірка є найпотужнішою з енерговиділення в навколишній області. У 30-х роках XIX століття вона була одним із найяскравіших об'єктів на небі, але з того часу її світність різко впала. Вона закінчує свій життєвий цикл, але залишається однією з найпотужніших і найяскравіших зірок Чумацького Шляху.

На знімку Цю Кіля можна бачити як частину яскравої світлової плями відразу над вершиною V-подібної деталі, утвореної пиловими хмарами. Праворуч від Ети Кіля, також усередині туманності Каріна, лежить відносно маленька туманність «Замочна Свердловина» - компактна і щільна хмара холодного молекулярного газу, в якій знаходиться кілька масивних зірок. Вигляд цієї туманності теж різко змінився протягом останніх століть.

Туманність Кіля була відкрита в 1750-х роках на мисі Доброї Надії Ніколя Луї де Лакайлем (Nicolas Louis de Lacaille). З того часу було отримано величезну кількість її зображень. Але знімок, отриманий з оглядовим телескопом видимого та інфрачервоного діапазону (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy), дає зображення в широкому полі в безпрецедентних подробицях. Висока чутливість приймача в інфрачервоній ділянці дозволила виявити агломерації молодих зірок, прихованих усередині хмар пилу, які заповнюють туманність. У 2014 р. за допомогою телескопа VISTA в туманності Кіля було виявлено біля інфрачервоного випромінювання, що дозволило скласти об'єктивне уявлення про масштаби зіркоутворення, що відбувається в ній. VISTA – найбільший у світі ширококутний телескоп інфрачервоного діапазону, що спеціалізується на небо. Великий діаметр його, широке поле зору і дозволяють астрономам отримувати нові зображення об'єктів південного неба.

Примітки

Науковим керівником (Principal Investigator) наглядової програми, в рамках якої було отримано це зображення, був Джим Емерсон (Jim Emerson, School of Physics & Astronomy, Queen Mary University of London, UK). Його співробітниками були Саймон Ходжкін (Simon Hodgkin) та Майк Ірвін (Mike Irwin, Cambridge Astronomical Survey Unit, Cambridge University, UK). Обробку даних виконали Майк Ірвін та Джим Льюїс (Jim Lewis, Cambridge Astronomical Survey Unit, Cambridge University, UK).

Дізнатися більше

Європейська Південна Обсерваторія (ESO, European Southern Observatory) – провідна міждержавна астрономічна організація Європи, яка набагато обганяє за продуктивністю інші наземні астрономічні обсерваторії світу. У її роботі беруть участь 15 країн: Австрія, Бельгія, Великобританія, Німеччина, Данія, Іспанія, Італія, Нідерланди, Польща, Португалія, Фінляндія, Франція, Чеська Республіка, Швейцарія та Швеція, а також Чилі, що надала свою територію для розміщення обсерваторій ESO, та Австралія, яка є її стратегічним партнером. ESO здійснює масштабну програму проектування, будівництва та експлуатації потужних наземних спостережних інструментів, що дозволяють астрономам виконувати найважливіші наукові дослідження. ESO також відіграє провідну роль в організації та підтримці міжнародного співробітництва в галузі астрономії. ESO має в своєму розпорядженні три унікальні спостережні пункти світового класу, що знаходяться в Чилі: Ла Сілья, Параналь і Чахнантор. В обсерваторії Параналь встановлено Дуже Великий Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT), здатний працювати у форматі Дуже Великого Телескопа-Інтерферометра VLTI, і два найбільші ширококутні телескопи: VISTA, що виконує огляди неба в інфрачервоних променях, та оглядовий телескоп оптичного діапазону VLT Survey Telescope). ESO також є одним із основних партнерів з експлуатації двох інструментів субміліметрового діапазону на плато Чахнантор: телескопа APEX та найбільшого астрономічного проекту сучасності ALMA. На Серро Армазонес, неподалік Параналя, ESO веде будівництво 39-метрового Надзвичайно Великого Телескопа ELT, який стане «найбільшим оком людства, спрямованим у небо».

Супергігантська Зірка Eta Carinae (Ця Кіля)

Масивна супергігантська зірка знаходиться на відстані 7500 світлових років від Землі. Зовнішнє кільце підковоподібного має температуру приблизно в 3 мільйони градусів Кельвіна. У діаметрі це кільце приблизно у два світлові роки. Ймовірно було утворено вибухом, який стався понад тисячу років тому. Синя хмара в середині - три світлові місяці в діаметрі і найбільш гаряча. Біла область, менша за світловий місяць у діаметрі, є найгарячішою і може містити суперзірку.

Ця Кіля (η Car, η Carinae) - зірка-гіпергігант у сузір'ї Кіля, яскрава блакитна змінна ( LBV), одна з найбільших і нестійких відомих науці зірок.

Маса η Кіля становить 100-150 мас Сонця, що близько до теоретичної межі, болометрична світність – близько 5 млн сонячних. Зірка оточена великою яскравою туманністю NGC 3372 (Туманність Кіля), а також маленькою, нещодавно утвореною туманністю Гомункул (див. нижче). Неподалік зірки знаходиться туманність Замкова свердловина. Деякі вчені вважають, що η Кіля стане надновою раніше за інших зірок у Чумацькому Шляху.

Абсолютна зоряна величина зірки становить −12 m , що означає, що на відстані 10 парсек Ця Кіля на земному небі була б такою ж яскравою, як Місяць у повний місяць. Для порівняння: Сонце з такої відстані можна було б важко побачити неозброєним оком.

В історичний час Кіля сильно змінювала яскравість. У каталозі Галлея 1677 року вказано четверту зоряну величину, в 1730 зірка стала однією з найяскравіших в Кілі, але в 1782 знову стала дуже слабкою. У 1820 почалося різке збільшення яскравості зірки і у квітні 1843 вона досягла видимої зоряної величини -0,8 m, ставши другою за яскравістю на небі після Сіріуса. Після цього яскравість впала в сотні разів, і до 1870 року зірка стала невидимою неозброєним оком. На 2005 рік видима зоряна величина становить близько 5-6 m. У той же час, Кіля залишається одним з найяскравіших джерел інфрачервоного випромінювання за межами Сонячної системи. Зірка розташована на відстані 7500-8000 світлових років від Сонця.

Ця Кіля втрачає масу настільки швидко, що її фотосфера гравітаційно не пов'язана з зіркою і здувається випромінюванням в навколишній простір. При спалаху 1841-1843 навколо зірки утворилася біполярна туманність Гомункула, яка має розмір 12 на 18 кутових секунд. Маса пилу в Гомункулі становить близько 0,04 маси Сонця, всього під час спалаху, як передбачається, було скинуто кілька мас Сонця.

Зірка має сучасну назву Форамен (Лат. foramen«отвір»), пов'язаний із близькою до зірки туманністю Замкова свердловина.

Телескоп VISTA сфотографував в інфрачервоних променях одну з найбільших туманностей Чумацького Шляху.

Прекрасне зображення туманності Кіля, однієї з найбільших та найяскравіших туманностей на нічному небі, отримано на телескопі VISTA в обсерваторії ESO Параналь у Чилі. Спостереження в інфрачервоних променях дозволили телескопу VISTA побачити крізь маси гарячого газу і темного пилу, що заповнюють туманність, безліч зірок як новонароджених, так і закінчують свій життєвий цикл.

Приблизно в 7500 світлових років від нас, у сузір'ї Кіля (Carina), знаходиться туманність, усередині якої пліч-о-пліч один з одним народжуються і вмирають зірки. Ці бурхливі процеси і формують туманність Кіля - гігантська хмара міжзоряного газу і пилу, що динамічно розвивається.

У його надрах потужні зірки випускають сильне випромінювання, під впливом якого світиться навколишній газ. За контрастом із цим сусідні області туманності містять темні маси пилу, всередині яких ховаються новонароджені зірки. Таким чином, між зірками і пилом у туманності Кіля йде безперервна битва, і новостворені зірки в ній перемагають: високоенергетичне випромінювання, що випускаються ними, і зірковий вітер випаровують і розсіюють пилові зоряні ясла, в яких вони народилися.

Туманність Каріна простягається більш ніж на 300 світлових років. Це одна з найбільших областей зірок освіти в Чумацькому Шляху. Темної ночі її легко побачити на небі неозброєним оком. Але, на жаль тих з нас, хто живе на півночі, вона видно тільки в південній півкулі, оскільки лежить на 60 градусів на південь від небесного екватора.

Усередині цієї чудової туманності знаходиться об'єкт, що користується славою найнезвичайнішої з відомих зіркових систем - Ця Кіля. Ця жахлива подвійна зірка є найпотужнішою з енерговиділення в навколишній області. У 30-х роках XIX століття вона була одним із найяскравіших об'єктів на небі, але з того часу її світність різко впала. Вона закінчує свій життєвий цикл, але залишається однією з найпотужніших і найяскравіших зірок Чумацького Шляху.

На знімку Цю Кіля можна бачити як частину яскравої світлової плями відразу над вершиною V-подібної деталі, утвореної пиловими хмарами. Праворуч від Ети Кіля, також усередині туманності Каріна, лежить відносно маленька туманність «Замкова Свердловина» -компактна і щільна хмара холодного молекулярного газу, в якій знаходиться кілька масивних зірок. Вигляд цієї туманності теж різко змінився протягом останніх століть.

Туманність Кіля була відкрита в 1750-х роках на мисі Доброї Надії Ніколя Луї де Лакайлем (Nicolas Louis de Lacaille). З того часу було отримано величезну кількість її зображень. Але знімок, отриманий з оглядовим телескопом видимого та інфрачервоного діапазону VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy), дає зображення в широкому полі в безпрецедентних подробицях. Висока чутливість приймача в інфрачервоній ділянці дозволила виявити агломерації молодих зірок, прихованих усередині хмар пилу, які заповнюють туманність. У 2014 р. за допомогою телескопа VISTA в туманності Кіля було виявлено близько п'яти мільйонів індивідуальних джерел інфрачервоного випромінювання, що дозволило скласти об'єктивне уявлення про масштаби зіркоутворення, що відбувається в ній. VISTA – найбільший у світі ширококутний телескоп інфрачервоного діапазону, що спеціалізується на небо. Великий діаметр його головного дзеркала, широке поле зору та високочутливі приймачі дозволяють астрономам отримувати нові зображення об'єктів південного неба.

Владилен Степанович, розкажіть трохи про передісторію відкриття ефекту космічного лазера. Взагалі, завдяки чому вдалося зробити таке відкриття?

Так, дійсно, я розповідав про цей ефект у Фізичному інституті імені Лебедєва і кілька днів до цього в Центрі космічних досліджень імені Годдарда NASA США у Грінбелті під Вашингтоном. Саме там знаходиться Центр управління космічним телескопом Хаббла, за допомогою якого зроблено це відкриття. Тільки цей унікальний астрономічний інструмент дозволяє надійно проводити такі дослідження.

Грандіозний науковий проект - космічний телескоп Хаббла вартістю кілька мільярдів доларів - працює на навколоземній орбіті заввишки 500 кілометрів уже 12 років. Він не тільки підтримується в чудовому робочому стані, а й постійно удосконалюється в ході регулярних сервісних місій космічних "човників". Під час нещодавньої четвертої успішної сервісної місії "човника" "Колумбія" (вартістю сотні мільйонів доларів) у березні цього року характеристики Хаббла були радикально покращені, глибина сканування космічного простору зросла в десятки разів. Стало можливим спостереження зіткнення галактик, що відбуваються на відстані близько півмільярда світлових років. На думку фахівців NASA, останнє удосконалення телескопа Хаббла відкриває нову еру досліджень за його допомогою.

Усі спостереження телескопі обробляються у Центрі імені Годдарда і за рік стають доступними для вчених всього світу. Будь-який дослідник у будь-якій країні та в будь-якому місці отримує доступ до цієї унікальної наукової інформації абсолютно безкоштовно через інтернет. У зв'язку з цим не зайве нагадати, що сеанс спостережень на телескопі Хаббла протягом 3-4 обертів навколо Землі обходиться платникам податків США близько півмільйона доларів.

Природно, що астрономи та астрофізики сотень лабораторій та університетів багатьох країн вкладають інтелектуальний та фінансовий потенціал, ймовірно, порівнянного масштабу до інтерпретації отриманих спостережних даних. Більше того, програма спостережень на Хаблі будується на конкурсній основі з міжнародною участю та охоплює як нашу Сонячну систему, нашу Галактику, так і величезний позагалактичний простір – інші галактики аж до околиць Всесвіту.

Але повернемося до лазера на околиці зірки Ця Каріна - найяскравішої і наймасивнішої в нашій Галактиці... У чому суть космічного лазерного ефекту?

Лазерний ефект в оптичному діапазоні я передбачив багато років тому після відкриття мікрохвильових мазерів, які діють у міжзоряних хмарах. Лазери вимагають більш інтенсивного збудження, або, як то кажуть, накачування. Такі умови існують у атмосферах зірок, але лазерний ефект важко спостерігаємо у яких і натомість інтенсивного випромінювання самої зірки. Ця Карина знаходиться на відстані приблизно 8 тисяч світлових років від нас. Це вкрай нестабільна зірка. Вона вибухнула 150 років тому, і під час вибуху спостерігалася в Південній півкулі як друга найяскравіша (після Сіріуса) зірка.

Внаслідок вибуху зірки в навколишній простір було викинуто величезну кількість речовини у вигляді атомів всіх елементів періодичної таблиці Менделєєва. Атоми на околиці зірки іонізуються високотемпературним (20-30 тисяч градусів) випромінюванням її поверхні (фотосфери зірки). Саме у суміші іонізованих атомів у газових хмарах, тобто розрідженій навколозоряній плазмі, поблизу зірки виникає, як і в звичайному лазері, нерівноважний стан і відбувається індуковане випромінювання фотонів на квантових переходах, у нашому випадку іонів заліза. Щоправда, в космосі немає дзеркал, і тому лазерне випромінювання ненаправлене, тобто відбувається у всіх напрямках, зокрема й у напрямку Землі.

Основний компонент викинутої зіркою речовини - водень, і саме його інтенсивне монохроматичне випромінювання, що виникає під дією випромінювання центральної зірки Ця Каріна забезпечує накачування рівнів іонів заліза космічного лазера. Через війну слабкі спектральні лінії іонів заліза, що становлять приблизно 0,01% частку околозвездного речовини, стають яскравими лазерними лініями. Телескоп Хаббла дозволяє спостерігати випромінювання цих лазерних навколозоряних областей окремо від випромінювання зірки завдяки його винятковому кутовому розрішенню. Ось тому цей ефект і вдалося виявити. По суті, оточення цієї яскравої зірки (вона яскравіша за Сонце в кілька мільйонів разів) є гігантською природною лабораторією атомної фізики та спектроскопії.

Професор Йоханссон з Інституту астрономії Лундського університету (Швеція) і я останніми роками досліджуємо незвичайні атомно-фізичні процеси на околиці цієї зірки, які спостерігаються за допомогою унікальної спектральної апаратури хаблівського телескопа. У ході цих досліджень нам вдалося виявити низку найцікавіших ефектів, які раніше не спостерігалися в астрофізичних умовах, у тому числі лазерний ефект. Ці дослідження ми проводили разом із доктором Гуллом із Годдардського космічного центру.

А що це дає для науки, наприклад, для астрофізики?

Нестабільні зірки, що вибухають, їх називають надновими, - унікальні об'єкти в космосі. Зірка Ця Карина - найближча до нас наднова, яка може бути вивчена набагато детальніше, ніж віддалені наднові зірки. Астрофізики поки що не знають природу цих вибухів, і тому спостереження викинутої в навколозоряний простір речовини, підсвіченої випромінюванням зірки і тому спостерігається, є дуже важливим для розуміння природи таких зоряних вибухів. До речі, вибух останньої наднової зірки, яка в п'ятдесят разів далі від нас, ніж Ця Каріна, був у 1987 році, і він був схожий на вибух Ця Каріна. Крім того, цілком можливо, що вибухи наднових зірок у нашій Галактиці не проходять безвісти для нас, землян.

За великим рахунком, загальнолюдський інтерес мають три глобальні проблеми: сама людина і життя, Земля, на якій він живе, і космос, в який він занурений. Всі ці проблеми взаємопов'язані очевидним і далеко не очевидним, незрозумілим поки що для нас чином. І важливо, що Росія робить свій значний внесок у цей процес пізнання. Іноді цей внесок пов'язаний із технологічним проривом та великими фінансовими вкладеннями. (Згадаймо наш стрімкий прорив у космос.) Нині волею доль наш внесок більше пов'язані з величезним інтелектуальним потенціалом Росії.

Нещодавно, виступаючи з науковим повідомленням на президії Російської академії наук з проблеми, що потребує значних фінансових витрат, поки що не дозволених для Росії, я нагадав слова великого фізика, засновника ядерної фізики лорда Ернеста Резерфорда, сказані ним у 30-і роки минулого сторіччя. Британська імперія: "У нас немає грошей, але ми повинні думати". Таке почуття, що він це говорив для нас.