Загадка самой массивной звезды

В туманности Тарантул (NGC 2070), что в галактике Большое Магелланово Облако, есть массивное звёздное скопление R136 с самой крупной и яркой звездой изо всех известных человечеству.

R136a1 — титанических масштабов объект с температурой поверхности более 50 000 К, который при рождении весил 320 Солнц. И даже сегодня, после миллиона лет интенсивной потери массы, звезда примерно в 265 раз тяжелее нашего светила. При этом по светимости она превосходит Солнце в 8 700 000 раз, что означает колоссальное световое давление на её поверхности. Давление это, разумеется, приводит к выбросу в окружающее пространство значительной части вещества — сильнейшему звёздному ветру.

Скопление R136 в туманности Тарантул: слева направо показаны туманность и скопления внутри неё. (Здесь и ниже иллюстрации European Southern Observatory.)

Проблема с R136a1 в первую очередь заключается в том, что, согласно имеющимся теориям звёздной эволюции, таких звёзд не может быть: ни одна звезда не может сформироваться (стать собственно звездой) при массе, превышающей 150 солнечных. А R136a1 при рождении вдвое с лишним превосходила этот предел. Именно поэтому она классифицируется как гипергигант, то есть относится к классу звёзд, который появился после того, как были обнаружены звёзды крупнее сверхгигантов (коим астрономы некогда отводили в своих классификациях место самых больших светил).

В Большом Магеллановом Облаке всего 10 млрд звёзд — в десятки раз меньше, чем в Млечном Пути. Однако тут много регионов бурного звездообразования, среди которых самым ярким является туманность Золотой Рыбы, значительно превосходящая по своей активности любой известный регион нашей Галактики. В ней одной имеется четыре звезды Вольфа — Райе, и это очень большая загадка. Всего таких звёзд в нашей Галактике 230 (меньше одной на миллиард), а в Большом Магеллановом Облаке — 100 (одна на сто миллионов).

Причины столь высокой концентрации звёзд Вольфа — Райе в Большом Магеллановом Облаке вообще и их изобилия в туманности Золотой Рыбы в частности до недавнего времени оставались под вопросом. И вот группа исследователей из Института астрономии им. Аргеландера в Бонне (Германия) под общим руководством Самбарана Банерджи (Sambaran Banerjee) предложила выход из ситуации с необычайно массивной R136a1 и всем скоплением R136. По мнению астрономов, дело в том, что звёзды спектрального класса О (гипергиганты) формировались там очень близко друг к другу в компактных двойных системах. Поэтому в дальнейшем часть из них в результате гравитационного взаимодействия начала по спирали сближаться, в итоге сталкиваясь и образуя звёзды колоссальной массы и светимости, такие как R136a1 и др.

Учёные смоделировали взаимное расположение и взаимодействие звёзд в туманности Золотой Рыбы и скоплении R136, исходя из его первоначального состава в 170 тыс. звёзд с массой, не превышающей 150 солнечных (что до обнаружения гипергигантов считалось классическим пределом). Затем они позволили модели в течение 3,5 млн лет эволюционировать, и обнаружилось любопытное, а именно несколько случаев слияния звёзд массой в 150 солнечных, находящихся в компактных двойных системах.

«Когда расчёты завершились, светила-супертяжеловесы перестали быть загадкой, — рассказывает г-н Банерджи. — Давайте представим себе две относительно большие звезды, вращающиеся друг вокруг друга. Если их начальные орбиты были в меру вытянутыми, то светила столкнутся и образуют одну огромную звезду».

Звезда Вольфа — Райе R136a1 — крупнейшая из известных современной астрономии.

Как видим, всё просто: предел массы нормальных первичных звёзд сохранён, а всё, что выше 150 масс Солнца, — результат слияний, так сказать «вторичные» звёзды. Таким образом, гипергиганты вроде R136a1 являются лишь любопытным исключением, а не правилом. Так что же, и «волки» (факты астрономических наблюдений) сыты, и «овцы» (астрономические теории) целы?

Почти что. Практическое исследование систем голубых гигантов в нашей Галактике показало, что 70% из них существуют в системах двойных звёзд, со вторым очень массивным партнёром. Более того, даже те 30%, что не имеют звёзд-напарников, похоже, некогда их имели — и именно поэтому дрейфуют через Галактику с огромной скоростью, которую развили после взрыва второй звезды своей системы, ставшей сверхновой.

Иными словами, гиганты в двойных системах — явление скорее закономерное, а не случайное. А значит, и шансы найти их за пределами Большого Магелланова Облака довольно велики. До сих пор этого не происходило в значительной степени потому, что чаще всего гипергиганты существуют в плотных звёздных скоплениях и туманностях, где наблюдать их очень сложно: мешает свет соседних звёзд. Однако с прогрессом астрономических инструментов нас может ожидать значительное количество открытий таких «супертяжеловесов».

Исследование принято к публикации в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, а с препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Phys.Org.