Астрономы были удивлены в 1937 году, когда звезда двойной пары внезапно стала ярче в 1000 раз. Пара называется FU Orionis (ФУ Ори), и находится она в созвездии Ориона. Внезапная и чрезвычайная переменность одной из звезд не поддается полному объяснению, и с тех пор FU Orionis стало названием других звезд, демонстрирующих аналогичную мощную переменность.
Звезда, о которой идет речь, называется Северная Ориона и является центральной звездой пары. Астрономы наблюдают повышение яркости у старых звезд, но не у молодых звезд, таких как FU Ori. Молодой звезде всего около 2 миллионов лет.
Астрономы, работающие с ALMA (Большая миллиметрово-субмиллиметровая решетка Атакамы), обнаружили причину изменчивости Фу Ори. Они опубликовали свое исследование в Astrophysical Journal. Она называется «Открытие аккреционной косы и медленного широкоугольного истечения вокруг FU Orionis», а ее ведущий автор — Антонио Хейлс, заместитель менеджера Североамериканского регионального центра ALMA и ученый NRAO.
Вот что ученые знают о звездах FU Ori (FUor) и их переменности. Они становятся ярче, когда гравитационно притягивают газ в аккреционный диск. Слишком большая масса сразу может дестабилизировать диск, и когда материал попадает в звезду, она становится ярче. Но они не понимали, почему и как это произошло.
«Фу Ори пожирал материал на протяжении почти 100 лет, чтобы поддерживать извержение. Мы наконец нашли ответ на вопрос, как эти молодые вспыхивающие звезды пополняют свою массу», — объяснил ведущий автор Хейлз. «Впервые у нас есть прямые наблюдательные доказательства наличия материала, питающего извержения».
АЛМА — крупнейший в мире радиотелескоп. Это интерферометр с 66 отдельными антеннами, которые можно перемещать по земле, чтобы придать обсерватории эффект «увеличения масштаба». Эта мощная обсерватория дала импульс развитию астрономической науки.
В ходе этого исследования ALMA обнаружила длинную струю угарного газа, которая, судя по всему, падает на FU Ori. Исследователи не считают, что у этого стримера достаточно материала, чтобы поддержать нынешнюю вспышку звезды. Но это может быть пережиток прошлого эпизода. «Вполне возможно, что взаимодействие с более крупным потоком газа в прошлом привело к тому, что система стала нестабильной и вызвала увеличение яркости», — объяснил Хейлз.
Текущая вспышка создает сильные звездные ветры, которые взаимодействуют с оболочкой из материала, оставшегося от формирования звезды. Ветер раскачивает оболочку, унося с собой угарный газ. CO — это то, что обнаружила ALMA.
Способность ALMA работать в различных конфигурациях и на разных длинах волн сыграла свою роль в этой работе. Это позволило команде обнаружить различные типы выбросов и обнаружить массу, поступающую в ФУ Ори. Они сравнили наблюдения с моделями массового потока и аккреционных стримеров. «Мы сравнили форму и скорость наблюдаемой структуры с ожидаемыми по следу падающего газа, и цифры обрели смысл», — сказал Аашиш Гупта, доктор философии. кандидат Европейской южной обсерватории (ESO). Гупта является соавтором этой работы и разработал методы, используемые для моделирования аккреционной косы.
Исследователи измерили количество материала, поступающего в FU Ori через стример. Около 0,07 массы Юпитера за тысячу лет.?1 втекать в молодую звезду. Юпитер примерно в 318 раз массивнее Земли. Это означает, что скорость падения стримеров ФУ Ори ниже, чем скорость падения вокруг других протозвезд класса 0. «Это предполагает, что наблюдаемому стримеру потребуется около 100 млн лет для восполнения массы диска, что, по крайней мере, на порядок превышает типичное время жизни диска», — отмечают авторы.
Стример падения и его влияние на звезду сложны. Через стример поступает недостаточно материала, чтобы вызвать вспышки. «Стример должен быть более массивным, чтобы поддерживать скорость аккреции вспышки FU Ori (на несколько порядков). Предполагаемая скорость падения массы стримера даже недостаточно велика, чтобы поддерживать темпы спокойной звездной аккреции», — объясняют авторы.
Вместо этого падающий материал вызывает нестабильность диска, что, в свою очередь, доставляет в ФУ Ори достаточно материала, чтобы вызвать вспышки. «Анизотропное падение, захват облаков, неоднородная доставка материала и накопление материала вокруг пылевых ловушек — все это может привести к нестабильности диска, которая может вызвать вспышки аккреции», — пишут Хейлз и его соавторы. Они не могут сказать наверняка, происходит ли это. Это потребует большего моделирования, что выходит за рамки данной работы.
ALMA также заметила еще один поток медленно движущегося CO. Этот поток исходит от звезды, а не падает на нее. Хейлз и его коллеги считают, что этот стример похож на стримеры, исходящие от других молодых протозвездных объектов, и не связан с поярчанием. «Наблюдения ALMA впервые показывают наличие крупномасштабных, широкоугольных биполярных потоков вокруг прототипа класса FU Ori», — пишут исследователи в своей статье.
Любопытно, что астрономы обнаружили эти истечения от других звезд FUor, но никогда не обнаруживали у самой FU Ori. Оно исходит от Фу Ори Норт, звезды, переживающей мощное сияние.
«Предыдущие поиски молекулярных потоков вокруг FUor, в основном с использованием однозеркальных телескопов, сообщали об истечении материала из многих FUor, но не смогли обнаружить потоки, возникающие из прототипа класса FUor», — пишут исследователи в своей статье. «Эти необнаружения породили мнение, что вокруг системы ФУ Ори не было никаких молекулярных оттоков. Наше открытие положило конец загадке, ясно продемонстрировав наличие молекулярного оттока из самого FU Ori».
Понимание молодых звезд имеет решающее значение, поскольку их поведение определяет формирование планет. Яркость ФУ Ори может оказать определяющее влияние на планеты, формирующиеся вокруг звезды.
«Понимая, как образуются эти своеобразные звезды FUor, мы подтверждаем то, что знаем о том, как формируются разные звезды и планеты», — объяснил Хейлз. «Мы считаем, что все звезды подвергаются вспышкам. Эти вспышки важны, потому что они влияют на химический состав аккреционных дисков вокруг зарождающихся звезд и планет, которые они в конечном итоге образуют».
По мнению авторов, их исследования демонстрируют, как мощная обсерватория ALMA вносит уникальный вклад в астрономические исследования. «Эти результаты демонстрируют ценность многомасштабных интерферометрических наблюдений для улучшения нашего понимания системы вспышек FU Ori и дают новое понимание сложного взаимодействия физических механизмов, управляющих поведением звезд типа FUor и многих других типов вспыхивающих звезд», — авторы сделать вывод.
