Астрономи за допомогою незвичайного телескопа MOTHRA вперше детально побачили, як у Туманності Геліка уламки загиблої зорі буквально розриваються й повертаються в міжзоряний простір. Нові спостереження показали десятки крихітних ударних хвиль, де викинута речовина зорі змішується з газом між зірками. Про це йдеться в дослідженні, опублікованому в журналі Nature, на яке звертає увагу Universe Today.
Як помирають зорі на кшталт Сонця
Більшість зір, подібних до Сонця, завершують життя не вибухом наднової, а відносно «тихим» скиданням зовнішніх шарів. Коли в надрах такої зорі вичерпується паливо, вона стає нестабільною й викидає оболонку в космос, утворюючи планетарну туманність.
Одна з найвідоміших таких туманностей — Туманність Геліка, що розташована приблизно за 650 світлових років від нас і нагадує гігантське напівпрозоре око. Зображення Геліка, отримані телескопами Hubble та James Webb, стали одними з найвпізнаваніших у сучасній астрономії.
Що таке MOTHRA і чим він особливий
Команда на чолі з Пітером ван Доккумом (Pieter van Dokkum) з Єльського університету спостерігала Туманність Геліка за допомогою унікального інструмента MOTHRA (Modular Optical Telephoto Hyperspectral Robotic Array). Після завершення проєкту він має складатися з 1140 високоякісних телеоб’єктивів Canon.
Такі об’єктиви добре пригнічують внутрішні дифракційні ефекти, з якими часто стикаються великі класичні телескопи. Це дає MOTHRA перевагу під час спостережень дуже тонких і слабких структур, зокрема дрібних ударних хвиль на околицях туманності.
Хоча масив MOTHRA ще не добудований, уже зараз він дозволив побачити в зовнішніх східних ділянках Туманності Геліка 22 компактні ударні хвилі — так звані лукові ударні фронти.
Де в туманності «кипить робота»
Ударні хвилі навколо еволюціонуючих зір астрономи спостерігають і раніше, але зазвичай це великі структури. У Геліку ж виявилися дуже дрібні, пов’язані з окремими щільними згустками газу.
Форма туманності змінюється з відстанню від центру: ближче до білої карликової зорі оболонка виглядає плавно заокругленою, а далі її кривина стає різкішою. Разом із цим змінюється й вигляд ударних хвиль: внутрішні — тонкі, чітко окреслені, тоді як зовнішні — ширші, розмиті й фрагментовані.
На думку дослідників, саме в цих зовнішніх, «розірваних» структурах і відбувається активне руйнування залишків оболонки зорі та їхнє змішування з навколишнім міжзоряним середовищем.
Як MOTHRA побачив переробку зоряної речовини
Щоб виявити найслабші зовнішні деталі, зображення MOTHRA обробили: відняли безперервне випромінювання та інвертували яскравість у відтінках сірого. Центральну, яскравішу частину кадру доповнили даними телескопа Hubble та 4-метрового телескопа обсерваторії Кітт-Пік.
У результаті вчені побачили безліч структур на відстанях понад приблизно 1 парсек від центрального білого карлика, які раніше не фіксувалися в лінії H-альфа. Найяскравіші з них — численні лукові ударні хвилі на східному боці туманності, де викинута на стадії асимптотичної гілки гігантів (AGB) речовина стикається з навколишнім газом на надзвукових швидкостях.
Дослідники розрахували очікувані положення об’єктів, що створили ці мініатюрні ударні фронти. На зображеннях їхні орієнтовні місця позначені фокусами парабол, які описують форму кожної хвилі. Поруч із цими точками не виявлено випромінювання H-альфа, тож вважається, що самі згустки газу переважно нейтральні.
Останні етапи зоряного «колообігу»
Ударні фронти виникають там, де щільні уламки оболонки зорі взаємодіють із міжзоряним середовищем. Геометричні зміни форми хвиль — від плавно заокруглених до різко вигнутих і розірваних — вказують на поступове «обдирання» цих згустків і їхню фрагментацію.
Автори пояснюють, що в міру того, як матеріал з поверхні фрагментів зривається й змішується з навколишнім потоком, «голови» щільних згустків стають меншими й більш пористими. Так зоряна речовина втрачає свою цілісність і переходить у дифузний міжзоряний газ.
Астрономи давно знають, що саме втрата маси зорями є головним механізмом, через який галактики поповнюють запаси газу, металів і пилу. Цей матеріал згодом може стати сировиною для нових зір і планет. Але простежити останні, найдрібніші етапи цього процесу було дуже складно.
За оцінками авторів, характерний час руйнування таких фрагментів становить близько 10 тисяч років після того, як зоря вперше скинула оболонку. Після того, як уламки роздрібнюються й опиняються в розрідженому середовищі, вони дуже швидко втрачають «впізнавану» структуру.
Пітер ван Доккум зазначає, що ми фактично спостерігаємо, як матеріал, скинутий наприкінці життя зорі, розбивається й повертається в галактику. У далекому майбутньому подібний процес очікує й Сонце: його речовина також увійде в цей цикл переробки.
Чи типовий Гелік і що буде далі
Туманність Геліка вважається досить типовою планетарною туманністю, тому дослідники очікують побачити подібні фрагмент-керовані ударні хвилі й на околицях інших об’єктів цього класу. Наступні спостереження мають показати, чи залежить час змішування речовини від швидкості ударних фронтів.
Якщо аналогічні структури виявлять і в інших туманностях, це допоможе точніше описати, як саме зорі повертають свій матеріал у міжзоряний простір і як формується «сировина» для наступних поколінь зір та планетних систем.