Как образуются самые причудливые космические формы? Новые разгадки.

Туманность Кошачий Глаз. NASA

Около 300 лет тому назад астрономы впервые обнаружили эти объекты и не смогли установить их природу. Похожи они были на то, как выглядел Уран через примитивные телескопы того времени, потому и название получили соответствующее. Но к середине 19-го столетия стало ясно, что, на самом деле, это — гигантские облака пыли, выбрасываемой умирающими звездами.

А недавно исследователи из Рочестерского университета обнаружили, что главные роли в формировании необыкновенных очертаний этих туманностей могут играть легкие звезды, коричневые карлики или даже гигантские газовые планеты, обращающиеся вокруг таких стареющих звезд.

«Не так много ученых проводили исследования того, как нечто очень небольшое — легкая звезда, коричневый карлик или даже тяжелая планета — может породить несколько разновидностей туманности, а то и поменять химический состав пыли вокруг этих эволюционировавших звезд, — говорит руководитель исследования Эрик Блэкмен (Eric Blackman).

Если компаньоны могут быть так малы, то это очень важно, ведь легкие звезды и тяжелые планеты весьма распространены, а значит мы можем значительно продвинуться в понимании того, как формируются эти пылевые облака вокруг эволюционировавших звезд».

Подробности исследования, проводившегося на средства NASA и Национального научного фонда, опубликованы в Astrophysical Journal Letters и Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Туманность Красный Прямоугольник. NASA

Планетарная туманность — последняя стадия жизни большинства среднего размера звезд, таких, как наше Солнце. Эта стадия длится всего несколько десятков тысяч лет — мановение ока в 10-миллиардной жизни звезды. Из 200 миллиардов звезд Млечного Пути было обнаружено только около 1500 находящихся на стадии планетарной туманности. Потому сияющие облака — довольно-таки редкое зрелище./

Звезда вступает в эту фазу существования, когда под конец своей жизни исчерпывает собственное топливо. Ядро звезды сжимается, а оболочка расширяется, чтобы в конце концов отбросить свои внешние слои в космос на миллионы километров.

В одном случае из пяти оболочка, расширяясь, сохраняет свои сферические очертания, превращаясь в сияющую сферу. Но чаще оболочка деформируется в какой-нибудь причудливый образ.

Блэкмен и его коллеги исследовали, какую роль могут играть легкие звезды-компаньоны или планеты размером с Юпитер в придании планетарной туманности той или иной формы.

Ученые рассматривали два сценария: в одном компаньон находился на удаленной орбите и взаимодействовал только с краями оболочки, в другом же он вращался на близкой орбите, полностью покрытый оболочкой.
 

На широкой орбите притяжение звезды-компаньона или планеты тащит за собой часть материала оболочки — в основном, это смесь газа и пыли. Материал начинает уплотнятся в спиральные волны, излучаемые центральной звездой наподобие колеса. Газ и пыль продолжают уплотняться, пока спиральная волна не разбивается, как разбивается об берег волна морская.
 

Со временем похожее на бублик пылевое кольцо образуется вокруг среднего отдела звезды, скорее всего препятствуя дальнейшему расширению ее оболочки, словно пояс, затянутый вокруг надувающегося шара. Со временем могут образоваться формы наподобие красноречиво названной Туманности Гантель.

Туманность Гантель. ESO
 

Такая модель развития объясняет и странную сигнатуру кристаллизованной пыли, зафиксированную астрономами вокруг эволюционировавших звезд перед формированием туманности.
 

«Спиральные волны, разбиваясь, высвобождают свою подавленную, сдерживаемую энергию через тепловой выброс, достаточный, чтобы переплавить пыль в жидкие глобулы»,— объясняет Блэкмен. Глобулы же остужаются достаточно медленно, чтобы у молекул внутри них было время сложиться в кристаллические сетки.
 

Модель спиральных ударных волн, окружающих центральную звезду. University of Rochester.
 

Когда звезда-компаньон находится близко к главной звезде, то события могут пойти по одному из трех путей, — установили ученые.
 

Звезда-компаньон или планета могут до такой скорости раскрутить оболочку, проходя сквозь нее, что материал извергается, формируя огромный диск или тор вокруг экватора звезды.

Возможен и другой вариант, когда компаньон более плавно раскручивает материал, из-за чего внутренние регионы оболочки вращаются быстрее внешних. Разница в скорости может растянуть или усилить магнитные поля звезды, и они начнут действовать как исполинская пружина, извергая материал оболочки реактивными струями через полюса звезды.
 

Туманность Бабочка. NASA
 

В третьем сценарии с реактивной струей выбрасывается сам компаньон, — говорит Блэкмен. Такое может произойти в случае, если звезда-компаньон или планета были слишком мало, чтобы отбросить материал оболочки, прежде чем попасться в ловушку гравитации главной звезды. Мощное притяжение звезды может разорвать планету на кусочки, ее орбита будет становиться все уже и уже, пока планета не превратится в диск турбулентных обломков  вокруг звезды. Обломки будут выбрасываться реактивными струями вместе с материалом оболочки.

Теперь группа исследователей намеревается изучить смешение и перемещение химических элементов в туманности, чтобы установить природу происхождения различных химических сигнатур, обнаруженных в планетарных туманностях.