Что такое звездный ветер
Астрономы фиксируют звездный ветер с беспрецедентной детализацией
Астрономы Лёвенского католического университета (KU Leuven) представили объяснение формы планетарных туманностей. Открытие основано на серии наблюдений за звездным ветром вокруг стареющих звезд. Вопреки общепринятому мнению, команда обнаружила, что звездные ветры не являются сферическими, а имеют форму, аналогичную форме планетарных туманностей. Команда ученых пришла к выводу, что взаимодействие с сопровождающей звездой или экзопланетой формирует как звездные ветры, так и планетарные туманности. Результаты публикует журнал Science.
Читайте «Хайтек» в
Умирающие звезды растут и остывают, в конечном итоге превращаясь в красных гигантов. Они создают звездные ветры, потоки частиц, которые звезда выбрасывает, что заставляет ее терять массу. Астрономы всегда предполагали, что эти ветры были сферическими, как и звезды, которые они окружают. По мере дальнейшего развития звезда снова нагревается, и звездное излучение заставляет выброшенные слои звездного материала светиться, образуя планетарную туманность.
Команда ученых наблюдала звездные ветры вокруг холодных красных гигантов с помощью обсерватории ALMA в Чили, крупнейшего радиотелескопа в мире. Впервые они собрали большую подробную коллекцию наблюдений, каждое из которых было сделано с использованием одного и того же метода.
То, что увидели астрономы, их удивило. «Мы заметили, что эти ветры не являются симметричными или круглыми», — говорит профессор Дечин. «Некоторые из них на самом деле очень похожи по форме на планетарные туманности».
Астрономы даже смогли определить разные категории форм. «Некоторые звездные ветры имели форму диска, другие — спирали, а в третьей группе мы определили конусы». Это явный признак того, что фигуры не были созданы случайным образом. Команда поняла, что другие, маломассивные звезды или даже тяжелые планеты в окрестностях умирающей звезды вызывают эти закономерности. Такие спутники слишком маленькие и тусклые, чтобы их можно было обнаружить напрямую. «Точно так же, как ложка, которую вы размешиваете в чашке кофе с молоком, может создать спиральный узор, спутник всасывает к нему материал, когда он вращается вокруг звезды и формирует звездный ветер», — объясняет Дечин.
Команда воплотила эту теорию в модели, и действительно: форму звездных ветров можно объяснить окружающими их спутниками, и скорость, с которой холодная эволюционировавшая звезда теряет свою массу из-за звездного ветра, является важным параметром. Дечин: «Все наши наблюдения можно объяснить тем, что у звезд есть спутник».
До сих пор расчеты эволюции звезд основывались на предположении, что у стареющих солнцеподобных звезд звездные ветры имеют сферическую форму. «Наши результаты сильно меняются. Поскольку в прошлом сложность звездных ветров не учитывалась, любая предыдущая оценка скорости потери массы старых звезд могла быть ошибочной до 10 раз». В настоящее время команда проводит дальнейшие исследования, чтобы увидеть, как это может повлиять на расчеты других важных характеристик звездной и галактической эволюции.
Исследование также помогает представить, как могло бы выглядеть Солнце, когда оно умрет через 7000 миллионов лет. «Юпитер или даже Сатурн — поскольку они имеют такую большую массу — будут влиять на то, будет ли солнце проводить свои последние тысячелетия в центре спирали, бабочки или любой другой формы, которую мы видим сегодня в планетарных туманностях», отмечает Дечин. «Наши расчеты показывают, что в звездном ветре старого умирающего Солнца образуется слабая спираль».
LiveInternetLiveInternet
—Рубрики
—Поиск по дневнику
—Подписка по e-mail
—Интересы
—Постоянные читатели
—Сообщества
—Статистика
Звёздный ветер
Звёздный ветер — процесс истечения вещества из звёзд в межзвёздное пространство.
Вещество, из которого состоят звёзды, при определённых условиях может преодолевать их притяжение и выбрасываться в межзвёздное пространство. Это происходит в том случае, если частица в атмосфере звезды разгоняется до скорости, превышающей вторую космическую скорость для данной звезды. Фактически, скорости частиц, из которых состоит звёздный ветер, составляют сотни километров в секунду.
Космическая скорость (первая v1, вторая v2, третья v3 и четвёртая v4) — это минимальная скорость, при которой какое-либо тело в свободном движении с поверхности небесного тела сможет:
v1 (круговая скорость) — стать спутником небесного тела (то есть вращаться по круговой орбите вокруг небесного тела на нулевой или пренебрежимо малой высоте относительно поверхности);
v2 (параболическая скорость, скорость убегания) — преодолеть гравитационное притяжение небесного тела и уйти на бесконечность;
v3 — покинуть звёздную систему, преодолев притяжение звезды;
v4 — покинуть галактику.
Третья и четвёртая космические скорости используются редко. Вторая космическая скорость обычно определяется в предположении отсутствия каких-либо других небесных тел (например, для Луны скорость убегания равна 2,4 км/с, несмотря на то, что в действительности для удаления тела на бесконечность с поверхности Луны необходимо преодолеть притяжение Земли, Солнца и Галактики).
Первая космическая скорость (круговая скорость) — минимальная скорость, которую необходимо придать объекту, чтобы вывести его на геоцентрическую орбиту. Иными словами, первая космическая скорость — это минимальная скорость, при которой тело, движущееся горизонтально над поверхностью планеты, не упадёт на неё, а будет двигаться по круговой орбите.
Вторая космическая скорость (параболическая скорость, скорость освобождения, скорость убегания) — наименьшая скорость, которую необходимо придать объекту (например, космическому аппарату), масса которого пренебрежимо мала по сравнению с массой небесного тела (например, планеты), для преодоления гравитационного притяжения этого небесного тела и покидания замкнутой орбиты вокруг него. Предполагается, что после приобретения телом этой скорости оно более не получает негравитационного ускорения (двигатель выключен, атмосфера отсутствует).
Вторая космическая скорость определяется радиусом и массой небесного тела, поэтому она своя для каждого небесного тела (для каждой планеты) и является его характеристикой. Для Земли вторая космическая скорость равна 11,2 км/с. Тело, имеющее около Земли такую скорость, покидает окрестности Земли и становится спутником Солнца. Для Солнца вторая космическая скорость составляет 617,7 км/с.
Параболической вторая космическая скорость называется потому, что тела, имеющие при старте скорость, в точности равную второй космической, движутся по дуге параболы относительно небесного тела. Однако, если энергии телу придано чуть больше, его траектория перестает быть параболой и становится гиперболой; если чуть меньше, то она превращается в эллипс. В общем случае все они являются коническими сечениями.
Третья космическая скорость — минимальная скорость, которую необходимо придать находящемуся вблизи поверхности Земли телу, чтобы оно могло преодолеть гравитационное притяжение Земли и Солнца и покинуть пределы Солнечной системы.
При старте с Земли, наилучшим образом используя осевое вращение (≈0,5 км/с) и орбитальное движение планеты (≈29,8 км/с), космический аппарат может достичь третьей космической скорости уже при
16,6 км/с относительно Земли. Для исключения влияния атмосферного сопротивления предполагается, что космический аппарат приобретает эту скорость за пределами атмосферы Земли. Наиболее энергетически выгодный старт для достижения третьей космической скорости должен осуществляться вблизи экватора, движение объекта должно быть сонаправлено осевому вращению Земли и орбитальному движению Земли вокруг Солнца. При этом скорость движения аппарата относительно Солнца составит
29,8 + 16,6 + 0,5 = 46,9 км/с.
Траектория аппарата, достигшего третьей космической скорости, будет частью ветви параболы, а скорость относительно Солнца будет асимптотически стремиться к нулю.
На 2012 год только один космический аппарат покинул окрестности Земли с третьей космической скоростью. Наибольшей скоростью покидания Земли обладал космический аппарат Новые горизонты — 16,26 км/с, (гелиоцентрическая скорость 45 км\с) но за счёт гравитационного маневра у Юпитера, он покинет Солнечную систему с гелиоцентрической скоростью около 14 км/с после окончания основной части своей миссии. Аналогичным образом ускорялись и другие космические аппараты, уже покинувшие Солнечную систему (Вояджер-1, Вояджер-2, Пионер-10 и Пионер-11). Все они покидали окрестности Земли со скоростями, существенно меньшими третьей космической.
Четвёртая космическая скорость — минимально необходимая скорость тела, позволяющая преодолеть притяжение галактики в данной точке.
Галактика Млечный путь
Четвёртая космическая скорость не постоянна для всех точек галактики, а зависит от координаты. По оценкам, в районе нашего Солнца четвёртая космическая скорость составляет около 550 км/с. Значение сильно зависит не только (и не столько) от расстояния до центра Галактики, но и от распределения масс вещества по Галактике, о которых пока нет точных данных, ввиду того что видимая материя составляет лишь малую часть общей гравитирующей массы, а все остальное — скрытая масса. Вне диска Галактики распределение масс приблизительно сферически симметрично, как следует из измерений скоростей шаровых скоплений и других объектов сферической подсистемы.
Шаровое скопление Мессье 80 в созвездии Скорпиона расположено в 28 000 световых годах от Солнца и содержит сотни тысяч звёзд
NGC 2808 состоит из трех различных поколений звезд
Скопление M 53 удивило астрономов количеством звёзд, называемых голубые отставшие
Звёздный ветер может содержать как заряженные частицы, так и нейтральные.
Звёздный ветер — постоянно происходящий процесс, который приводит к снижению массы звезды. Количественно этот процесс может быть охарактеризован как количество (масса) вещества, которое теряет звезда в единицу времени.
Роль звёздного ветра
Звёздный ветер может играть важную роль в звёздной эволюции: так как в результате этого процесса происходит уменьшение массы звезды, то от его интенсивности зависит срок жизни звезды.
Звёздный ветер является способом переноса вещества на значительные расстояния в космосе. Помимо того, что он сам по себе состоит из вещества, истекающего из звёзд, он может воздействовать на окружающее межзвёздное вещество, передавая ему часть своей кинетической энергии. Так, форма эмиссионной туманности NGC 7635 «Пузырь» образовалась в результате такого воздействия.
NGC 7635 (другое обозначение — LBN 549) — эмиссионная туманность в созвездии Кассиопея
Эмиссионная туманность — облако ионизированного газа (плазмы), излучающее в видимом цветовом диапазоне спектра. Ионизация происходит за счёт высокоэнергетических фотонов, излучаемых ближайшей горячей звездой. Различают несколько видов эмиссионных туманностей. Среди них — области H II, в которых происходит формирование новых звёзд, и источниками ионизирующих фотонов являются молодые, массивные звезды, а также планетарные туманности, в которых умирающая звезда отбросила свои верхние слои, и обнажившееся горячее ядро их ионизирует.
Область (зона) H II, или область ионизированного водорода (разновидность эмиссионной туманности) — это облако горячего газа и плазмы, достигающее нескольких сотен световых лет в поперечнике, являющееся областью активного звездообразования. В этой области рождаются молодые горячие голубовато-белые звёзды, которые обильно излучают ультрафиолетовый свет, тем самым ионизируя окружающую туманность.
Области H II могут рождать тысячи звёзд за период всего в несколько миллионов лет. В конце концов, взрывы сверхновых и мощный звёздный ветер, исходящий от наиболее массивных звёзд в образовавшемся звёздном скоплении, рассеивают газы этой области, и она превращается в группу наподобие Плеяд.
Плея́ды (астрономическое обозначение — M45; иногда также используется собственное имя Семь сестёр, старинное русское название — Стожары или Волосожары, в Библии и Торе — Кима) — рассеянное звездное скопление в созвездии Тельца; одно из ближайших к Земле и одно из наиболее заметных для невооружённого глаза звёздных скоплений.
Звёздное скопление М45
Комета C/2004 Q2 (Махгольца) прошла около Плеяд в начале 2005 года
Области H II получили своё название из-за большого количества ионизированного атомарного водорода, обозначаемого астрономами как H II (область H I — зона нейтрального водорода, а H2 обозначает молекулярный водород). Их можно заметить на значительных расстояниях по всей Вселенной, и изучение таких областей, находящихся в других галактиках, важно для определения расстояния до последних, а также их химического состава.
NGC 604, гигантская область H II в Галактике Треугольника
Активная область звездообразования — туманность Киля
Часть туманности Тарантул, огромной области H II в Большом Магеллановом Облаке
Галактика Водоворот: красные вкрапления областей H II «очерчивают» спиральные рукава
При звёздном ветре, в случае истечения вещества от нескольких близко расположенных звёзд, дополненного воздействием излучения этих звёзд возможна конденсация межзвёздного вещества с последующим звездообразованием.
При активном звёздном ветре количество выбрасываемого вещества может оказаться достаточным для формирования планетарной туманности.
Ещё один пример воздействия звёздного ветра уже в галактических масштабах — галактика M82 «Сигара»: в ней звёздный ветер большого количества звёзд привёл к образованию хорошо видимых выбросов вещества из галактики.
Галактика М82 «Сигара»
Пузырь звёздного ветра
Пузырь звёздного ветра (астросфера) — эта область объёма пространства звёздной системы, в котором звёздный ветер звезды (или звёзд) имеет положительную скорость по направлению от своей звезды. Извне астросфера условно ограничена бесстолкновительной ударной волной, определяемой балансом давлений звёздного ветра с одной стороны, с другой — давлением магнитного поля и межзвездной среды. Гелиосфера является частным случаем астросферы.
Область может иметь несколько световых лет в поперечнике у массивной звезды классов O, B, звёзд Вольфа — Райе.
Спектральная классификация Моргана-Кинана
Иллюстрация туманности M1-67 около звезды Вольфа — Райе WR 124
Астросфера ограничивается горячим газом межзвёздной среды в зоне ударной волны, который нагревается высокой скоростью звёздного ветра (до нескольких тысяч км/с (у молодых и горячих звёзд). Также газ изнутри системы „выдувается“ ветром наружу. Астросфера менее горячих звёзд (например, Солнца) мало нагревает межзвёздный газ.
Астросферы имеют структуру с двумя ударными волнами: область, на которой происходит замедление ветра носит название граница ударной волны; область, вдоль которой уравновешивается давление ветра и межзвёздной среды, т. е. на которой ветер теряет скорость полностью, называется астропаузой (по аналогии с гелиопаузой); граница, на которой происходит столкновение и смешивание межзвёздной среды с набегающим звёздным ветром — головная ударная волна. Газ в зоне граница ударной волны может нагреваться до 10 6 K и порождать рентгеновское излучение из-за своей ионизации до плазменного состояния.
Сам пузырь не имеет формы шара. С одной стороны он вытянут, а с другой сжат, в зависимости от направления вращения звёздной системы вокруг галактического центра галактики и от плотности близлежащих звёзд и их энергетической мощности.
При высокой плотности межзвёздного газа и пыли или при наличии ранее сброшенной звёздной оболочки, образуются наблюдаемые с Земли туманности, созданные ударными волнами (например, туманность Полумесяц).
Туманность Полумесяц
Существуют также «суперпузыри», так называемые области H II — полости, поперечником до нескольких, образованные в межзвёздном газе под действием звёздного ветра, скоплений крупных молодых звёзд.
Например, объект, обозначаемый как N44F, расположен приблизительно в 160 тысячах световых лет от Земли в соседней карликовой галактике Большое Магелланово облако (в направлении на южное созвездие Золотая Рыба). N44F раздувается потоками звёздного ветра от экстремально горячей звезды, «захороненной» когда-то в холодном плотном облаке.
Планетарная туманность
Планетарная туманность — астрономический объект, состоящий из ионизированной газовой оболочки и центральной звезды, белого карлика. Планетарные туманности образуются при сбросе внешних слоёв (оболочек) красных гигантов и сверхгигантов с массой 2,5—8 солнечных на завершающей стадии их эволюции. Планетарная туманность — быстропротекающее (по астрономическим меркам) явление, длящееся всего несколько десятков тысяч лет, при продолжительности жизни звезды-предка в несколько миллиардов лет. В настоящее время в нашей галактике известно около 1500 планетарных туманностей.
NGC 6543, туманность Кошачий Глаз — внутренняя область, изображение в псевдоцвете (красный — Hα; синий — нейтральный кислород, 630 нм; зелёный — ионизированный азот, 658,4 нм)
Процесс образования планетарных туманностей, наряду со вспышками сверхновых, играет важную роль в химической эволюции галактик, выбрасывая в межзвёздное пространство материал, обогащённый тяжёлыми элементами — продуктами звёздного нуклеосинтеза (в астрономии тяжёлыми считаются все элементы, за исключением продуктов первичного нуклеосинтеза Большого взрыва — водорода и гелия, такие как углерод, азот, кислород и кальций).
В последние годы при помощи снимков, полученных космическим телескопом «Хаббл», удалось выяснить, что многие планетарные туманности имеют очень сложную и своеобразную структуру. Несмотря на то, что приблизительно пятая часть из них имеет околосферическую форму, большинство не обладает какой бы то ни было сферической симметрией. Механизмы, благодаря которым возможно образование такого многообразия форм, остаются на сегодняшний день до конца не выясненными. Считается, что большую роль в этом могут играть взаимодействие звёздного ветра и двойных звёзд, магнитного поля и межзвёздной среды.
Звёздный ветер
Содержание
Определение
Вещество, из которого состоят звёзды, при определённых условиях может преодолевать их притяжение и выбрасываться в межзвёздное пространство. Это происходит в том случае, если частица в атмосфере звезды разгоняется до скорости, превышающей вторую космическую скорость для данной звезды. Фактически, скорости частиц, из которых состоит звёздный ветер, составляют сотни километров в секунду.
Звёздный ветер может содержать как заряженные частицы, так и нейтральные.
Звёздный ветер — постоянно происходящий процесс, который приводит к снижению массы звезды. Количественно этот процесс может быть охарактеризован как количество (масса) вещества, которое теряет звезда в единицу времени.
Источники энергии
Для горячих звёзд основным источником энергии для разгона частиц является давление излучения, в результате которого фотоны, обладающие направленным от звезды импульсом взаимодействуют с веществом звезды (ионами), которому передаётся кинетическая энергия фотона. Потери массы в этом случае составляют 
— 
солнечных масс в год. Учитывая, что масса таких звёзд максимум на порядок больше массы Солнца, а время их жизни имеет порядок 
— 
лет, влияние звёздного ветра на эволюцию звёзд в этом случае очень велико.
Для более холодных звёзд, в том числе Солнца, источниками энергии являются конвективные движения в атмосфере звёзд. В результате этих движений частицам передаётся кинетическая энергия и формируется магнитная составляющая, которая возникает как в результате движения заряженных частиц, так и в результате действия магнитного поля звезды (магнитогидродинамические волны). Потери массы для таких звёзд сильно различаются, это может быть величина и солнечных масс (для молодых звёзд), и 
(для Солнца). В последнем случае, с учётом оценки времени существования Солнца в 
лет, можно сказать, что звёздный ветер не оказывает влияния на эволюцию Солнца.
Роль звёздного ветра
Звёздный ветер может играть важную роль в звёздной эволюции: так как в результате этого процесса происходит уменьшение массы звезды, то от его интенсивности зависит срок жизни звезды.
В случае истечения вещества от нескольких близко расположенных звёзд, дополненного воздействием излучения этих звёзд возможна конденсация межзвёздного вещества с последующим звездообразованием.
При активном звёздном ветре количество выбрасываемого вещества может оказаться достаточным для формирования планетарной туманности.