Астрономы раскрыли загадку мерцания красных звезд-гигантов

Польские астрономы доказали, что причина длиннопериодических колебаний яркости у старых звезд из класса красных гигантов — единственного до сих пор необъяснимого типа звездной изменчивости — заключается во вращение вокруг них спутника в виде звезды-компаньона или гигантской экзопланеты. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.

У многих звезд, относящихся к классам красных гигантов и красных сверхгигантов, астрономы отмечают изменения яркости разной периодичности — от нескольких суток до нескольких лет. Характерный пример — переменная звезда Бетельгейзе, которая постоянно привлекает внимание астрономов.

У нее несколько циклов яркости, один из которых составляет около 185 дней, другой — около 425 дней. Эти колебания вызваны акустическими волнами, которые возникают внутри звезды, когда она то расширяется, то снова сжимается в процессе горения водородной оболочки.

Когда звезды средней массы, примерно в восемь раз легче Солнца, достигают заката своей жизни, ядерный синтез водорода и гелия внутри звезды прекращается и ядро звезды начинает сжиматься. Но такое сжатие приносит во внутреннюю зону звезды новый водород, образующий вокруг ядра водородную оболочку. При этом термоядерный синтез возобновляется, и звезда снова начинает расширяться, пока водородная оболочка не выгорит. И так цикл за циклом.

Но, помимо коротких циклов изменения яркости, примерно у трети всех известных звезд ветви красных гигантов астрономы наблюдают также устойчивые длиннопериодические пульсации. У Бетельгейзе такой "длинный вторичный период" длится 5,9 года. Ученые предлагали для объяснения длинного мерцания разные причины — внутренние колебания, магнитная активность или присутствие компаньона, но ни одна из этих гипотез до сих пор не подтверждена.

Согласно результатам исследования, проведенного польскими учеными во главе с Игорем Сошиньским (Igor Soszyński) из Варшавского университета, эти загадочные медленные, устойчивые флуктуации яркости вызваны не внутренними процессами, а спутниками, скрытыми в облаках пыли умирающего гиганта.

Используя доступные обзоры, авторы сопоставили данные оптических и инфракрасных наблюдений за красными гигантами, обладающими длинными вторичными периодами. Из 16 тысяч таких звезд ученые отобрали около 700 с четко определенными кривыми изменения инфракрасного блеска во времени.

При более тщательном анализе этих кривых обнаружилась интересная закономерность — на всех кривых, как и ожидали ученые, наблюдался большой провал, соответствующий более тусклому периоду звезд. Но примерно у половины звезд был еще второй, менее выраженный минимум, точно противоположный первому и проявленный только на кривой блеска среднего инфракрасного диапазона.

Этот факт стал ключом к разгадке. Средний инфракрасный свет создает пыль, которая сначала ​​поглощает звездный свет, а затем излучает его на более длинных волнах. Если вокруг звезды вращается меньший по размерам спутник, он оттягивает материал умирающей звезды на себя, и за ним тянется пылевой шлейф. Во время прохождения спутника перед звездой возникает длинный и сильный провал в звездном свете на всех длинах волн. А когда компаньон скрыт от нас звездой, падает только средний инфракрасный свет, характерный для пылевого шлейфа.

По словам авторов, амплитуды кривых блеска предполагают, что спутником может быть либо звезда очень низкой массы, либо коричневый карлик — гигантская экзопланета, которая не достигла размеров звезды. В последнем случае, располагаясь недалеко от красного гиганта такая экзопланета могла начать откачивать материал из внешних оболочек умирающей звезды.