Вмираюча зоря штовхає сама себе і відлітає кілометр за секунду

Зоря на кшталт Сонця наприкінці життя поводиться не як свічка, що тихо догорає, а радше як кулька, по якій тисячі разів хаотично б’ють з усіх боків. За новою моделлю астрофізика Джима Фуллера (Jim Fuller) з Caltech, описаною у матеріалі наукового популяризатора Марка Томпсона, вмираюча зоря сама собі влаштовує «серію стусанів» газом і врешті-решт починає дрейфувати крізь космос зі швидкістю близько кілометра на секунду.

Що відомо коротко

• Зорі на кшталт Сонця наприкінці життя перетворюються на білі карлики, скидаючи свої зовнішні шари.
• За моделлю Фуллера, це скидання відбувається асиметрично — у вигляді «бульбашок» газу, викинутих у випадкових напрямках.
• Кожен такий викид дає зорі маленький зворотний поштовх, згідно з третім законом Ньютона.
• За сотні тисяч років зоря отримує близько 10 000 таких поштовхів і зрештою рухається приблизно 1 км/с у випадковому напрямку.
• Такі «удари» можуть розірвати далекі подвійні системи або, навпаки, зіштовхнути зорі в тісних парах.

Як зоря сама себе «відштовхує» газом

Класична картина старіння зорі проста: вона роздувається до червоного гіганта, скидає оболонку, утворюючи красиву планетарну туманність, і лишає по собі щільне ядро — білий карлик. Але модель Фуллера додає до цієї історії рух.

Уявіть ракету без двигуна, яка все одно летить уперед, бо з її поверхні в різні боки випадково відлітають грудочки льоду. Кожна грудочка відштовхує ракету в протилежний бік. Зі старою зорею відбувається щось подібне: вона втрачає масу не рівномірно, а «плямами» — грудками газу, що вилітають з поверхні.

Кожен такий асиметричний викид діє як міні-реактивний двигун. Газ летить в один бік, зоря отримує крихітний поштовх у протилежний. Це пряме втілення третього закону Ньютона: дія дорівнює протидії.

Тисячі хаотичних поштовхів і випадкова прогулянка

Окремий поштовх майже непомітний: швидкість змінюється лише на кілька метрів за секунду — повільніше за легкий біг людини. Але таких подій, за розрахунками Фуллера, відбувається приблизно десять тисяч протягом останніх сотень тисяч років життя зорі.

Напрямок кожного викиду газу випадковий, тому й поштовхи спрямовані куди завгодно. У підсумку рух зорі нагадує «випадкову прогулянку»: якби ви підкидали монетку, щоб вирішити, крокувати ліворуч чи праворуч, і зробили так тисячі кроків, ви все одно опинилися б далеко від старту, хоча не мали жодної чіткої мети.

Так само й зоря: жоден окремий викид не «цілиться» в певний бік, але сума всіх поштовхів залишає білий карлик дрейфувати зі швидкістю близько 1 км/с у випадковому напрямку. Це своєрідна остання «спадщина» від власних передсмертних конвульсій.

Чому це важливо для подвійних зір

Ця ідея допомагає пояснити загадку, яка давно бентежила астрономів. Карім Ель-Бадрі (Kareem El-Badry) з Caltech помітив, що широко розділені подвійні зорі стають рідкіснішими, коли одна з них перетворюється на білий карлик. Наче щось розштовхує партнерів і розриває їхній гравітаційний зв’язок.

Якщо білий карлик отримує «фінальну» швидкість близько кілометра на секунду, це може виявитися більшим за орбітальну швидкість у дуже широких подвійних системах. Тоді один випадковий сумарний «удар» достатній, щоб повністю розв’язати пару й відправити зорі в самостійний політ.

На зображеннях на кшталт системи Сіріуса, де яскрава зоря має тьмяного білого карлика-компаньйона, стає легше уявити, як подібні пари можуть або зберегтися, або розпастися залежно від сили й напряму цих зоряних поштовхів.

Коли поштовхи не розривають, а зіштовхують

Модель Фуллера робить ще одну сміливу передбачувану заяву. У тісних подвійних системах, де зорі обертаються близько одна до одної, ті самі поштовхи, які не здатні їх розірвати, можуть, навпаки, підштовхнути їх до зближення.

Якщо випадкові зміни швидкості й напряму руху «підштовхнуть» орбіти так, що зорі почнуть зближуватися, це може завершитися зіткненням і вибухом. Такий вибух стане яскравим, насильницьким сигналом, за яким астрономи зможуть перевірити, чи справді зорі наприкінці життя поводяться так хаотично, як передбачає математика.

Це дає спостерігачам конкретну мішень: шукати вибухи в системах, де одна зоря вже стала білим карликом, а орбіти виглядають підозріло «порушеними».

FAQ

Це вже спостережений ефект чи поки що лише модель?

Йдеться про теоретичну модель, засновану на розрахунках Фуллера. Вона добре пояснює вже відомі статистичні спостереження щодо подвійних систем, але прямі підтвердження у вигляді конкретних зіткнень чи виміряних «ударів» ще потрібно знайти.

Чи загрожують такі поштовхи нашому Сонцю в майбутньому?

Модель описує загальну поведінку зір на кшталт Сонця, тож щось подібне може статися й з ним через мільярди років. Але це станеться на завершальних етапах його життя, коли Земля вже давно не буде придатною для існування, тому для нас це не становить практичної загрози.

Як астрономи можуть перевірити цю гіпотезу спостереженнями?

Один зі шляхів — шукати вибухи й зіткнення в тісних подвійних системах з білими карликами, які відповідають передбаченням моделі. Інший — детально вивчати розподіл швидкостей білих карликів і статистику подвійних систем, щоб побачити, чи узгоджуються вони з очікуваними «космічними стусанами».

Чому астрономи не помітили цього раніше?

Окремі поштовхи надто малі, щоб їх було легко виявити безпосередньо, а кінцевий ефект проявляється лише після дуже тривалого часу. Лише коли з’явилися точні вимірювання великої кількості зір і детальні моделі їхньої еволюції, стало можливим побачити статистичні натяки на такі процеси й побудувати узгоджену теорію.

🤯 Наприкінці життя зоря перетворюється не просто на тьмяний вуглик, а на мандрівника, якого в дорогу відправляють власні хаотичні вибухи газу — і ця картина змушує по-новому подивитися на те, як навіть у «смерті» зорі продовжують формувати архітектуру нашого Всесвіту.