Звёзды-«вампиры»: секрет вечной молодости в космосе раскрыт

Астрономы раскрыли тайну, как некоторым звёздам удаётся сохранять яркую голубую молодость, несмотря на возраст, почти равный возрасту самой Вселенной: они пожирают своих звёздных собратьев.

Эти не поддающиеся старению небесные объекты, известные как голубые отстающие звёзды, озадачивали учёных более 70 лет. «Голубые отстающие — это аномально массивные звёзды, в ядре которых горит водород, но, согласно теории эволюции одиночных звёзд, их существование невозможно», — написали исследователи в статье, опубликованной 3 января в журнале Nature Communications.

Чтобы разгадать загадку этих звёзд, учёные использовали космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) для анализа 48 шаровых звёздных скоплений и более 3400 голубых отстающих звёзд в Млечном Пути. Их наблюдения показали, что эти «вечно молодые» звёзды сохраняют юность, высасывая газ у своих компаньонов, подобно звёздным вампирам. Эта «подпитка» позволяет звёздам-вампирам сиять ярче и выглядеть голубее и моложе ещё долго после того, как им следовало бы начать угасать.

В поисках звёзд, бросающих вызов времени

Ранее учёные предполагали, что голубые отстающие могут формироваться двумя путями: в результате столкновения двух звёзд или благодаря более тонкому взаимодействию в двойных системах, где звёзды обращаются друг вокруг друга и обмениваются веществом.

Команда обнаружила, что второй сценарий более вероятен.

Галактические шаровые скопления — идеальное место для изучения взаимодействий между двойными системами, где происходит «перекачка» газа. Эти сферические скопления содержат тысячи или миллионы звёзд, удерживаемых вместе их коллективной гравитацией. При такой плотности «населения» в области размером всего в десятки или сотни световых лет, скопления являются одними из самых густонаселённых звёздных сред во Вселенной. Поэтому там и происходит множество звёздных столкновений, и существует множество двойных систем.

Эти скопления также невероятно древние. «Их возраст составляет порядка 12 миллиардов лет, то есть сравним с возрастом Вселенной» (которая существует 13,8 миллиарда лет), — сказал Live Science по электронной почте Франческо Ферраро, ведущий автор исследования и профессор астрономии Болонского университета в Италии. «Фактически это старейшее население нашей Галактики». Это означает, что одиночные звёзды в каждом скоплении, где обитают голубые отстающие, сформировались в эпоху образования галактик.

Более старые звёзды также излучают на других длинах волн. Поэтому исследователи использовали ультрафиолетовые фильтры JWST, чтобы отличить голубых отстающих от их пожилых соседей по скоплению — ведь более горячие и молодые звёзды излучают больше энергии на более коротких волнах, чем более старые и красные популяции, которые в этой части электромагнитного спектра излучают слабо.

Неожиданный звёздный сценарий

Как ни парадоксально, исследователи обнаружили, что голубых отстающих меньше именно в плотных звёздных средах, хотя эти регионы с большей вероятностью способствуют взаимодействию между звёздами. Вместо этого отстающие встречаются значительно чаще в спокойных, разреженных областях, где звёзды расположены дальше друг от друга и «хрупкие двойные системы с большей вероятностью могут выжить».

Исследователи использовали установленную количественную меру, которая связывает количество голубых отстающих с характеристиками скопления-хозяина, такими как светимость. Эта мера показала, что популяции голубых отстающих сильно различаются — от 3 до 58 звёзд на единицу светимости, эквивалентной яркости 10 000 солнц. Соответственно, светимость связана с общей массой скопления и, следовательно, с его плотностью.

Используя ту же меру, учёные подсчитали, что количество обычных звёзд в скоплении остаётся относительно постоянным. Это говорит о том, что отстающие звёзды и двойные системы особенно чувствительны к плотности их окружения.

«В переполненных звёздных скоплениях партнёрские отношения звёзд — не самое дружелюбное место», — говорится в заявлении соавтора исследования Энрико Весперини, астронома из Университета Индианы. «Там, где пространство тесно, двойные системы легче разрушаются, и звёзды теряют шанс оставаться молодыми».

Таким образом, плотные среды, такие как центральные области скоплений, могут оказаться не теми «космическими свиданиями», за которые их принимали. Гравитационное влияние многочисленного звёздного населения создаёт эффект космического «автодрома», который разрушает двойные системы на ранних стадиях их эволюции, прежде чем они смогут превратиться в голубых отстающих. В результате эффективность формирования и выживания отстающих в спокойных, разреженных средах оказалась в 20 раз выше.

Новый взгляд на звёздную эволюцию

Помимо решения астрономической загадки, это исследование предлагает «новый способ понять, как звёзды эволюционируют в течение миллиардов лет», — сказала в заявлении соавтор исследования Барбара Ланцони, астроном из Болонского университета.

Однако после миллиардов лет относительного покоя голубым отстающим, возможно, не суждено мирно дожить свой век. Поскольку они значительно массивнее своих звёзд-собратьев, они с большей вероятностью погружаются в ядро своих скоплений в процессе, называемом динамическим трением. Хотя это печально для этих любящих спокойствие звёзд, астрономы могут использовать их как «динамические часы», чтобы экстраполировать возраст скопления на основе распределения в нём голубых отстающих.

Таким образом, эти бодрые, свежеликие звёзды демонстрируют динамичный звёздный баланс. Будь они изначально более массивными, они бы давно погибли как сверхновые или белые карлики. Их скромная масса, менее 0,8 солнечной, позволила им прожить достаточно долго, чтобы обновить свой жизненный цикл — ценой поглощения своих соседей. Этот процесс переписывает традиционные представления о звёздной эволюции, доказывая, что в густонаселённых космических «мегаполисах» выживает не сильнейший, а самый адаптивный — тот, кто умеет находить и использовать ресурсы в, казалось бы, мирных уголках Галактики.