Астрономы использовали «Хаббл» для решения загадки «Голубой блуждающей звезды»

Некоторые звезды, похоже, стареют совсем не так, как другие. В этом отношении голубые блуждающие звезды вызывают недоумение. Голубые блуждающие звезды (ГБЗ) были обнаружены несколько десятилетий назад, и с тех пор астрономы ломают над ними голову. Свое название они получили благодаря своему положению на диаграмме Герцшпрунга-Рассела (ГГР). Они встречаются в рассеянных и шаровых скоплениях, и по сравнению со своими собратьями по скоплению того же возраста, они горячее и голубее.

На диаграмме Герцшпрунга-Рассела звезды располагаются в зависимости от своей температуры и светимости. Звезды главной последовательности проводят свою жизнь на диагональной полосе диаграммы Герцшпрунга-Рассела. Большую часть своей жизни они проводят здесь, занимаясь термоядерным синтезом водорода в гелий. Наше Солнце находится в середине этой полосы.

Однако более массивные звезды горячее и ярче, и они расположены в верхнем левом углу, в то время как более мелкие звезды, которые тусклее и холоднее, находятся в нижнем правом углу.

Синие блуждающие особи встречаются в шаровидных скоплениях и на диаграмме HR располагаются отдельно.

Шаровые скопления — это древние структуры, состоящие в основном из более старых, красных звёзд. Голубые блуждающие звёзды выделяются тем, что они горячее и ярче своих собратьев. У скопления есть точка поворота главной последовательности, где звёзды прекращают термоядерный синтез водорода и покидают главную последовательность, превращаясь в гигантов. Но голубые блуждающие звёзды этому не соответствуют. В то время как другие звёзды становятся красными, раздутыми и холоднее, голубые блуждающие звёзды остаются голубыми, горячими и яркими, несмотря на свой возраст.

Единственный способ, которым они могут это сделать, — это в какой-то момент приобрести дополнительную массу. На протяжении десятилетий астрофизики спорят о том, как это может произойти. Существуют два конкурирующих объяснения того, как BSS приобретают свою дополнительную массу.

Первый способ — это столкновение звёзд. Две звезды сталкиваются, а затем сливаются, образуя более массивную, горячую и голубоватую звезду. Звёзды очень плотно расположены в ядрах шаровых скоплений, и слияние звёзд было бы более вероятным в такой плотной среде.

Второй способ, с помощью которого двойные звезды могут приобрести дополнительную массу, способную продлить их пребывание на главной последовательности, — это перенос массы. В двойной системе, когда одна из звезд эволюционирует в гиганта, она становится гравитационно слабее и не может удерживать свою массу. В этом случае главная звезда отбирает массу у своего компаньона, аккрецирует ее и, таким образом, становится голубой блуждающей звездой.

В новом исследовании группа астрономов изучила голубые блуждающие звезды в 48 различных шаровых скоплениях галактик (ШСГ) с помощью космического телескопа «Хаббл». Они создали самый большой из когда-либо созданных каталогов голубых блуждающих звезд и хотели определить, являются ли плотные среды в ШСГ причиной появления голубых блуждающих звезд после слияний звезд. В некоторых из исследованных ими скоплений насчитывалось всего 12 голубых блуждающих звезд, а в других — до 179, при этом общее число блуждающих звезд достигало 3419.

Их исследование называется было опубликовано в журнале Nature Communications. Ведущий автор — Франческо Ферраро, профессор кафедры физики и астрономии Болонского университета в Италии.

«Голубые блуждающие звезды — это аномально массивные звезды с ядром, в котором происходит сжигание водорода, и которые, согласно теории эволюции одиночных звезд, не должны существовать», — пишут Ферраро и его соавторы. «Предполагается, что они образуются в процессах увеличения массы, включающих эволюцию двойных систем или столкновения звезд».

«В динамически активных системах, таких как шаровые скопления, ожидается, что количество голубых блуждающих звезд, образовавшихся в результате столкновений, будет увеличиваться с ростом локальной плотности и частоты столкновений звезд», — поясняют исследователи.

Но их наблюдения показали обратное. Вместо того чтобы обнаружить больше BSS в плотном центре шаровых скоплений, они нашли его больше в областях с меньшей плотностью.

«Однако наиболее интригующий результат получен при сравнении удельной частоты BSS с другими свойствами, характеризующими кластерную среду, такими как центральная плотность и скорость столкновений», — объясняют исследователи. «В действительности, хотя ожидается, что среда с высокой плотностью и высокой частотой столкновений будет способствовать активации каналов столкновений BSS, мы обнаружили, что удельная частота BSS в этих условиях снижается».

«В частности, в условиях высокой плотности популяции эффективность формирования/выживания BSS в 20 раз ниже, чем в «мирных» условиях низкой плотности популяции», — добавляют они.

Эти результаты подрывают идею о том, что причиной образования двойных звездных систем являются слияния. Но они подкрепляют идею о том, что они получают свою дополнительную массу от партнеров по двойной системе. Партнеры по двойной системе с большей вероятностью дольше сохраняются в менее плотных областях шаровых скоплений.

«Эти результаты не только показывают, что двойные системы предпочтительно формируются/выживают в средах с низкой плотностью, но и предполагают, что общее количество двойных систем, входящих в состав родительского кластера, может быть ключевым параметром, ответственным за наблюдаемые популяции BSS», — поясняют исследователи.

Ученые по своей природе осторожны и знают, что корреляция не равна причинно-следственной связи. Авторы спешат указать на важный момент. «Наблюдаемые корреляции сами по себе не могут считаться неопровержимым доказательством физической связи между BSS и двойными системами», — пишут они.

Однако ученые также не склонны игнорировать закономерности, выявляемые в данных. «Тем не менее, тот факт, что корреляции, наблюдаемые для бинарных систем, точно воспроизводят корреляции, обнаруженные для систем с бинарными парами, в то время как они не воспроизводятся, если рассматривать другие субпопуляции, подтверждает связь между системами с бинарными парами», — объясняют Ферраро и его коллеги.

«Эта работа показывает, что окружающая среда играет важную роль в жизни звезд», — сказал ведущий автор Ферраро. «Голубые блуждающие звезды тесно связаны с эволюцией двойных систем, но их выживание зависит от условий, в которых они живут. Низкая плотность среды обеспечивает наилучшие условия для двойных систем и продуктов их жизнедеятельности, благодаря чему некоторые звезды выглядят моложе, чем ожидалось».

Соавтор Энрико Весперини из Университета Индианы вторит словам Ферраро. «Переполненные звездные скопления — не самое благоприятное место для звездных пар», — объясняет он. «Там, где пространство ограничено, двойные системы легче разрушаются, и звезды теряют возможность оставаться молодыми».

Звезды формируются под влиянием окружающей среды — это бесспорное утверждение. Однако детали того, как именно происходит их формирование, доказать непросто. В этой работе устанавливается связь между звездной средой и одним из самых загадочных типов звезд во Вселенной. Результаты могут показаться нелогичными, но они подтверждены большой выборкой.

«Эта работа дает нам новый способ понять, как звезды эволюционируют на протяжении миллиардов лет», — сказала соавтор Барбара Ланцони, также из Болонского университета в Италии. «Она показывает, что даже жизнь звезд формируется под влиянием окружающей среды, подобно живым системам на Земле».