На протяжении почти двухсот лет астрономы бились над загадкой странной “тускнеющей” звезды Эпсилон в созвездии Возничего, видимой в зимнюю пору. Теперь, благодаря точным измерениям расстояния, сделанным космическим телескопом Европейского космического агентства Gaia, учёным удалось уточнить массу двух звёзд, ответственных за этот феномен. Оказывается, затмение Эпсилона Возничего объясняется обменом материалом между двумя звёздами.
Раз в 27 лет Эпсилон Возничего тускнеет на двухлетний период. Учёные долго терялись в догадках относительно причины такого странного поведения звезды. Высказывались догадки об облаке метеоров, чёрной дыре, двойной звёздной системе или же о наличии аккреционного диска вокруг звезды. Перед самым недавним потускнением в 2010 году астрономы начали подозревать, что разгадка кроется в наличии двух звёзд, окружённых газопылевым облаком. Однако природа этих двух звёзд оставалась загадкой.
Рассказывает астроном Роберт Стенсел (Robert Stencel) из университета Денвера: «Долгое время не утихали споры о том, что за объект заслоняет звезду. В стороне не остались даже такие знаменитые учёные как Джерард Койпер и Отто Струве». Стенсел и студент-старшекурсник Джастас Гибсон (Justus Gibson) из того же университета использовали данные телескопа Gaia для создания модели звёздных пар, которые имели бы такие же необычные параметры, как наблюдаемые в системе Эпсилона Возничего. Исследователи установили, что данная бинарная система имеет меньшие размеры, чем полагали раньше, и что в ней происходит обмен материалом между компонентами.
«Перед нами достаточно активная система, – говорит Стенсел. – Звезда спектрального класса F выбрасывает материал, а её компаньон его подхватывает, в результате чего образуется огромный диск». Звёзды класса F имеют немного большие размеры и температуру, чем наше Солнце.
Загадка, которую решали два столетия
В 1821 году немецкий астроном-любитель Иоганн Фрич (Johann Fritsch) впервые заметил, что звезда Эпсилон в созвездии Возничего внезапно стала в 2,5 раза менее яркой для земного наблюдателя (что равняется одной звёздной величине) по сравнению с предыдущим годом. Спустя некоторое время яркость звезды восстановилась до прежнего уровня. Открытие заинтриговало астрономов: звезду вновь изучали в 1848 и 1876 годах, назвав её «нерегулярной переменной». Считалось, что это одинарная звезда переменной яркости. В 1903 году астрономы вновь наблюдали за звездой, отметив снижение яркости на протяжении полугода, после чего она целый год находилась в «притушённом» состоянии, а еще через полгода вернулась в своё первоначальное состояние. Также астрономы вычислили, что радиус звезды составляет целых 3 000 радиусов Солнца, что на тот момент давало ей статус крупнейшей звезды во Вселенной.
Изучение события 2010 года показало, что причиной затмений этой звезды является колоссальный пылевой диск, затмевающий сверхгиганта F-класса. В центре диска находится вторая звезда с меньшей яркостью.
Однако загадка 200-летней давности ещё не была решена. Продолжались дискуссии насчёт природы звезды-сверхгиганта. Напомним, что сверхгигантом называется звезда, чья масса может достигать 100 солнечных масс. Это крупнейшие звёзды во Вселенной.
«Споры ведутся о том, является ли эта звезда сверхгигантом – по нашим оценкам, её масса составляет 10-20 масс Солнца – или же это, так сказать, «фальшивый сверхгигант», – рассказывает Стенсел. Он объясняет, что она может оказаться совсем небольшой – просто ядром, вокруг которого находится огромная газовая оболочка. Иными словами, так называемый сверхгигант вполне может оказаться звездой с массой, примерно равной массе Солнца.
Наблюдения при помощи космических телескопов NASA Spitzer и Европейского космического агентства Hershel уже после затмения 2010 года позволили немного уменьшить размеры звезды, однако, не зная точных расстояний до обеих звёзд, астрономы не имели возможности вычислить их точные массы. И тогда на помощь пришёл космический телескоп Gaia.
Возможный источник гравитационных волн
В 2013 году Европейское космическое агентство (ESA) запустило космический телескоп Gaia в рамках масштабной программы, предусматривавшей создание трёхмерной карты миллиардов звёзд Млечного Пути. В апреле 2018 года ESA выложило в открытый доступ вторую порцию данных с телескопа, содержащую точные расстояния до ряда звёзд, в том числе и до Эпсилона Возничего.
Согласно новым данным, данная двойная система лежит на расстоянии около 1600 световых лет. Предыдущие оценки давали расстояние в целых 6400 лет. Уточнённое расстояние даёт астрономам возможность определить истинные размеры и массы обеих звёзд, что крайне важно для понимания природы данной системы. Ранее многие исследователи оценивали массу звёзд как 15 и 12 масс Солнца соответственно. Однако точные измерения, проведённые с помощью Gaia, доказали неверность этой оценки.
Используя инструмент ARCES на 3.5-метровом телескопе обсерватории Apache Point Observatory (шт. Нью-Мексико) Стенсел и Гибсон изучали систему Эпсилон Возничего во время затмения 2010 года. Они подтвердили, что диск пополняется потоком вещества, а значит, обе звезды всё ещё передают вещество друг другу.
Согласно проведённому ими моделированию, более блёклая из звёзд первоначально имела массу, в 10 раз превышающую массу Солнца, в то время как более яркая звезда была в прошлом в пять раз массивнее Солнца. Обе звезды совершают полный оборот вокруг общего центра масс за 100 суток. Как правило, более массивные звёзды эволюционируют быстрее, чем их «напарник» с меньшей массой. Однако среди двойных затменных переменных типа Алголя, к которым относятся и компоненты Эпсилона Возничего, менее массивная из звёзд развивается быстрее, поскольку поглощает материал своего «напарника».
Судя по всему, именно этот процесс и наблюдается в случае этой необычной «затухающей» звезды. На протяжении более чем 20 миллионов лет более массивная звезда сбрасывает своё вещество, которое по большей части оказывается на её «напарнике». Некогда более крупная звезда теперь стала меньше по размерам и массе, в то время как вторая звезда, наоборот, выросла и потяжелела. Сегодня первая звезда является холодной звездой F-класса с массой в 2.2 солнечных, в то время как её соседка стала карликом В-класса с массой 5.9 солнечных и окружена диском вещества.
По словам Стенсела, затменные переменные звёзды может ожидать не менее интересное будущее, поскольку есть вероятность, что они столкнутся. «Любая из этих звёзд может стать источником гравитационных волн», – говорит он. Ранее учёные зарегистрировали гравитационные волны, производимые парами нейтронных звёзд, которые захватывают вещество друг у друга, подобно затменным переменным типа Алголя. Следующее затмение в системе Эпсилон Возничего должно состояться примерно в 2037 году. Данное исследование было опубликовано в марте этого года в журнале Monthly Notices Королевского астрономического общества.
Источник: space.com
Перевод: Dmitry Blackfield
