Эмили Левек представила обзор экстремальных состояний звезд в лекции для Perimeter Institute for Theoretical Physics 7 марта 2018 года. Астрофизик описала эволюцию массивных светил и представила доказательства существования объектов, которые ранее считались чисто теоретическими моделями.
📊 Классификация звезд и температурный предел 3:52
Астрономы используют диаграмму Герцшпрунга — Рассела для классификации звезд по температуре и яркости . На графике горячие объекты располагаются слева, а холодные — справа. Солнце находится в центре этой системы и считается ничем не примечательной «нормальной» звездой .
Эволюция массивной звезды, чей вес превышает солнечный в восемь и более раз, проходит через несколько стадий:
- Голубые сверхгиганты: синтезируют гелий из водорода при температуре около 22 000 °C .
- Желтые сверхгиганты: промежуточная стадия, примером которой является Полярная звезда .
- Красные сверхгиганты: финальный этап жизни, когда звезда увеличивается до огромных размеров.
Бетельгейзе в созвездии Ориона превышает радиус Солнца в 900 раз . Если поместить её в центр Солнечной системы, поверхность звезды достигнет орбиты Марса и приблизится к Юпитеру .
🔍 Поиск крупнейших звезд во Вселенной 12:16
Долгое время расчеты показывали, что красные сверхгиганты находятся в «запретной» зоне диаграммы, где звезды не могут стабильно существовать . Эмили Левек в своей первой научной работе использовала спектры 75 звезд для уточнения их температуры . Она анализировала линии поглощения молекул оксида титана, которые образуются только в холодных атмосферах .
Исследование проводилось в национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне на 2,1-метровом телескопе . Новые данные позволили сдвинуть положение звезд на графике, что привело к неожиданному открытию.
Математический расчет радиусов выявил экстремальные объекты:
- KY Лебедя (KY Cygni): звезда-рекордсмен, чей размер достигает орбиты Сатурна .
- Результаты подтвердили точность существующих физических моделей звездных интерьеров .
💥 Сверхновые и ложные взрывы 18:00
Когда в ядре массивной звезды начинает синтезироваться железо, она теряет способность поддерживать баланс между гравитацией и давлением . Железо требует энергии для синтеза вместо её выделения. Это приводит к коллапсу ядра менее чем за одну секунду и мощнейшему взрыву сверхновой .
История знает примеры ярчайших вспышек:
- Сверхновая 1054 года: была видна днем в течение двух недель .
- Крабовидная туманность: остаток того самого взрыва, зафиксированного арабскими и китайскими астрономами .
Некоторые звезды имитируют смерть. Переменная 2009 IP демонстрировала вспышки в 2010, 2011 и 2012 годах, прежде чем окончательно погаснуть . Такие объекты называют яркими голубыми переменными. Эта Киля в нашей галактике пережила подобное «извержение» в 1843 году, став на время второй по яркости звездой неба .
🛰️ Гамма-всплески и космические маяки 28:47
Смерть звезд в 40–50 раз тяжелее Солнца приводит к образованию быстро вращающихся черных дыр . Этот процесс сопровождается выбросом узких струй материи — гамма-всплесков . Впервые их обнаружили спутники Vela в 1960-х годах во время поиска признаков ядерных испытаний на Земле .
Астрономия временных областей требует мгновенной реакции. Космический телескоп Swift фиксирует вспышку, которая длится около 20 секунд, и рассылает уведомления на телефоны ученых .
После получения сигнала исследователи используют крупнейшие наземные инструменты:
- Обсерватория Кек на Гавайях с 10-метровыми зеркалами .
- Приоритетный режим наблюдений «Target of Opportunity», прерывающий текущую работу других астрономов .
- Публикация данных в сети циркуляров GCN или в Astronomer's Telegram .
🌊 Гравитационные волны и столкновения 37:00
В 2016 году было объявлено об обнаружении гравитационных волн — искажений пространства-времени . 17 августа 2017 года детекторы LIGO зафиксировали столкновение двух нейтронных звезд . В отличие от черных дыр, этот процесс сопровождается ярким светом .
Команда из Санта-Крус обнаружила электромагнитный отклик события в одной из далеких галактик . И гравитационные волны, и свет распространяются со скоростью света . Однако сигнал LIGO поступил первым, так как гравитационное возмущение предшествует выбросу материи и радиации .
🌭 Спички и микроволновки: земные помехи 42:15
История астрономии полна случаев, когда технический шум принимали за новые физические явления. В 1960-х годах во Франции обнаружили «калиевые вспышки» на звездах . Позже выяснилось, что линии калия в спектре появлялись, когда астрономы в соседней комнате зажигали спички .
Другой инцидент произошел в обсерватории Паркс в Австралии:
- Радиотелескоп фиксировал странные сигналы — перитоны .
- Анализ показал, что всплески происходили в обеденное время .
- Причиной стали микроволновые печи, дверцы которых открывали до завершения таймера .
🧪 Объект Торна — Житков: звезда внутри звезды 49:08
Кип Торн и Анна Житков в 1970-х годах предсказали существование гибридных звезд . В этой модели нейтронная звезда поглощается красным сверхгигантом и заменяет его ядро . Снаружи такой объект выглядит как обычная звезда, но обладает уникальной химией.
Процесс конвекции затягивает материал вглубь, где рядом с нейтронной звездой происходит быстрое поглощение протонов . Это создает избыток специфических элементов:
- Молибден
- Рубидий
- Литий
В ходе исследования 70 кандидатов Эмили Левек нашла одну звезду с аномально сильными линиями этих элементов . Объект считается главным кандидатом в Thorne-Żytkow Object . Подтверждение их существования изменит понимание того, как бинарные системы взаимодействуют и обогащают Вселенную тяжелыми элементами .
