Астрофизичарите конечно имаат објаснување за насилните промени во некои од најголемите, најсветлите и најретките ѕвезди во Универзумот.
Ѕвездите, наречени прозрачни сини променливи, периодично еруптираат во блескави испади наречени “ѕвездени гејзери”. Овие моќни ерупции исфрлаат материјал во вселената масивен колку цели планети за само неколку дена. Причината за оваа нестабилност, сепак, беше мистерија со децении.
Сега, нови 3-Д симулации од тим од астрофизичари сугерираат дека турбулентното движење во надворешните слоеви на масивна ѕвезда создава густи купчиња ѕвездениот материјал. Овие купчиња го фаќаат интензивното светло на ѕвездата како сончево пловило, еруптирајќи го материјалот во вселената. По отфрлањето на доволно маса, ѕвездата се смирува додека нејзините надворешни слоеви не се обноват и циклусот започнува одново, астрофизичарите известуваат на 26 Септември во списанието Nature.
Симулација на турбулентен гас кој е исфрлен од надворешните слоеви на ѕвезда 80 пати помасивна од Сонцето. Интензивната светлина од ѕвездата турка густи џебови со материјал богат со хелиум во надворешните слоеви на ѕвездата, исфрлајќи ја метеријата нанадвор. Боите ја претставуваат густината на гасот, посветлите бои ги означуваат погустите региони. Кредит: Џозеф Инсли / Argon Leadership Computing Facility
Идентификувањето на причината за појавата на ѕвездени гејзери е значајно бидејќи секоја екстремно масивна ѕвезда најверојатно поминува дел од својот живот како прозрачна сина променлива, вели коавторот на студијата Матео Кантело, научен соработник во Центарот за компјутерска астрофизика на Институтот Флатирон во Њу Јорк.
„Овој наод претставува важен чекор напред во разбирањето на животот и смртта на најголемите ѕвезди во Универзумот“, вели Кантело. „Овие масивни ѕвезди, и покрај нивниот мал број, во голема мера ја одредуваат еволуцијата на галаксиите преку нивните ѕвездени ветрови и експлозии на супернови. И кога ќе умрат, тие оставаат зад себе црни дупки“.
Прозрачните сини променливи, или LBVs (Luminous Blue Variables) се многу ретки, со само околу десетина забележани во и околу галаксијата Млечен Пат. Најголемите ѕвезди можат да надминат маса од преку 100 Сончеви маси, близу до теоретската граница за тоа колку масивни можат да бидат ѕвездите. LBVs се исто така исклучително светли: Најсветлите светат со луминозност милион пати поголема од луминозноста на Сонцето. Таа светлина ја турка материјата нанадвор поради апсорпцијата и повторната емисија на фотон од страна на атомите.
Научниците веруваат дека војната помеѓу екстремниот гравитациско влечење навнатре и екстремната сјајност што ја турка материјата нанадвор е одговорна за препознатливите ерупции на LBVs. Но, апсорпцијата на фотони од страна на атоми бара електроните да бидат врзани во орбити околу јадрото на атомот. Во најдлабоките, најтопли слоеви на ѕвезда, материјата се однесува како плазма, односно електроните не се сврзани со атоми. Во поладните надворешни слоеви, електроните започнуваат повторно да се сврзуваат со атомите и затоа можат повторно да апсорбираат фотони.
Претходно предложените објаснувања за гајзерите предвидуваат дека елементи како хелиумот во надворешните слоеви можат да апсорбираат доволно фотони за да ја надминат гравитацијата и да еруптираат во вселената. Но, едноставните, еднодимензионални пресметки не ја поддржаа оваа хипотеза: надворешните слоеви не изгледаа доволно густи за да фатат доволно светлина за да ја надминат гравитацијата.
Овие едноставни пресметки, сепак, не претставија целосна слика за сложената динамика во колосална ѕвезда. Кантело, заедно со Јан-Феи Џианг од Кави Институтот за теоретска физика на Универзитетот во Калифорнија, Санта Барбара и неговите колеги превземале пореален пристап. Истражувачите создале детална, тродимензионална компјутерска симулација за тоа интеракциите меѓу материјата, топлината и светлината во супермасивни ѕвезди. Потребни биле повеќе од 60 милиони компјутерски процесорски часа за да се решат пресметките .
Во симулацијата, просечната густина на надворешните слоеви била премала за материјалот да еруптира – како што предвиделе еднодимензионалните пресметки. Сепак, новите пресметки откриле дека конвекцијата и мешањето во надворешните слоеви резултирале некои региони да се погусти од други, при што некои грстови материја што се доволно нетранспарентни за светлината да ги исфрли во Вселената. Ваквите ерупции се случуваат во временските периоди, од денови до недели кога ѕвездата е активна и нејзината осветленост варира. Тимот проценил дека таквите ѕвезди можат да исфрлат околу 10 милијарди трилиони тони материјал секоја година, приближно двојно повеќе од масата на Земјата.
Истражувачите планираат да ја подобрат точноста на нивните симулации со инкорпорирање на други ефекти, како што е ротацијата на ѕвездата, која може да го олесни исфрлањето материјал на екваторот кој ротира побрзо во споредба со половите кои се речиси неподвижни. (Овој ефект е причината поради која НАСА ги лансира своите ракети од Флорида и Калифорнија, а не од Мејн или Алјаска.)
„Подобрувањето на веродостојноста на ѕвездените симулации е од клучно значење за постигнување астрофизички откритија“, вели Кантело. „Промената од едноставни, еднодимензионални пресметки до целосни 3-D симулации бара повеќе компјутерски мускули и покомплексна физика, но резултатите се вредни за предизвиците. Моравме да ја спроведеме сета оваа физика за да видиме, со свои очи, дека овој процес – за кој не очекувавме да биде значаен – ќе биде клучот за разбирање на овие насилни ерупции и еволуцијата на масивните ѕвезди, “ вели тој.
Превод: Бојана Стефаноска
