Бетельгейзе взорвётся, но это не точно

+7 926 604 54 63 address
Betelgeuse brightness changes
Изменение яркости Бетельгейзе.

Звезда-красный гигант Бетельгейзе в созвездии Ориона — одна из самых ярких и узнаваемых на ночном небе. Она находится на расстоянии 500—800 световых лет от Солнечной системы и является ближайшим кандидатом на звание сверхновой. Диаметр звезды 10—20 а.е.: на месте Солнца она бы заполнила орбиту Юпитера или Сатурна.

Бетельгейзе скорее всего перешла в завершающую фазу эволюции, которая может закончиться взрывом Сверхновой. Фазу красного гиганта пройдут многие звёзды, включая Солнце, но для взрыва по сценарию Сверхновой их исходная масса должна быть выше некоторого критического значения — около 8—10 масс Солнца. У звёзд с массой порядка солнечной в конце фазы красного гиганта ожидается сброс планетарной туманности без взрыва и превращение звезды в белый карлик. В последнее десятилетие звезда Бетельгейзе чаще всего упоминается именно в этом контексте — как объект, который из-за своей огромной массы «вскоре» должен взорваться на наших глазах и каким-то образом повлиять на привычное течение вещей. С точки зрения астрофизики, в этой истории есть сразу несколько моментов, усложняющих картину.

Orion and Milky Way
Млечный Путь и созвездие Ориона — Alistair Hamill. Бетельгейзе находится почти в середине кадра, возле Млечного Пути.

А взорвётся ли?

Первая проблема заключается в том, что масса Бетельгейзе известна с очень большой погрешностью (как и расстояние до неё и её размеры). Массу удалённого космического объекта можно определить, если этот объект имеет спутников, например, парную звезду. У Бетельгейзе нет гравитационно связанных с ней объектов. Поэтому различные косвенные оценки её массы дают разброс от 8 до 20 масс Солнца. Нижние оценки даже помещают её за пределы класса звёзд, способных взорваться как сверхновые.

Herzsprung-Russell diagram
Диаграмма Герцшпрунга—Рассела.

Массу звезды в принципе можно определить по её светимости: у звёзд так называемой Главной последовательности (то есть «обычных» звёзд, как Солнце) абсолютная яркость связана нелинейной зависимостью с массой: чем больше светимость, тем больше масса. Эту закономерность использует один из популярных косвенных методов оценки массы звёзд (подробнее про диаграмму Герцшпрунга-Рассела можно прочитать, например, в статье по ссылке). По-видимому, многие оценки массы Бетельгейзе так или иначе использовали этот метод. Но неизвестно точное расстояние до звезды, соответственно нельзя точно определить её абсолютную яркость (то есть яркость, которую бы она имела, находясь на эталонном расстоянии 10 парсек). Точное расстояние до звезды сложно определить потому что на расстояниях порядка 600 световых лет почти единственный доступный прямой метод параллакса (подробнее см. первую вставку в статье о переменных звёздах на нашем портале) уже находится на границе обнаружения, а в случае с Бетельгейзе мешает ещё и огромный размер звезды: годичное смещение звезды на небесной сфере сопоставимо с размерами её видимого диска. Кроме того, звезда — долгопериодическая переменная: даже её размеры изменяются с периодом в несколько сот дней. Отсюда получается разброс в определении расстояния в два раза (от 500 до 900 световых лет) и соответствующие погрешности в определении светимости и размеров. И самое главное — Бетельгейзе уже находится в стадии звезды-гиганта, сошедшей с Главной последовательности, поэтому известная зависимость «масса — светимость» здесь не будет работать, а подобные зависимости для других классов звёзд очень неопределённы.

Если углубиться в вопрос дальше, то неопределённость только возрастает. Картина, в которой ветки эволюции звёзд привязаны к их массам, а звезду — красный сверхгигант ждёт взрыв Сверхновой — это сильное упрощение. И не всегда взрыв сверхновой происходит именно на стадии красного сверхгиганта. Ближайший по времени пример — это сверхновая SN 1987 A в Большом Магеллановом Облаке, которая взорвалась на стадии голубого гиганта. По другим внегалактическим вспышкам можно сказать, что взорваться звезда-гигант может на почти любой стадии и относиться при этом к почти любому спектральному классу. Итак: мы не вполне уверены даже, что звезда в принципе способна взорваться как Сверхновая и что она взорвётся именно на этой стадии. Но предположим, что она всё же взорвётся по написанному для неё сценарию.

Когда и где?

Первый вопрос — когда. Предсказать это пока невозможно. Нельзя даже дать прогноз о том, случится ли это в ближайшие тысячи или через несколько миллионов лет. В научно-популярных статьях на эту тему встречаются утверждения о сроках: 2—3 тысячи лет; порядка сотни тысяч лет, и — наконец — около нескольких миллионов лет. Вероятно, в каждом случае источником выступает та или иная модельная оценка, встретившаяся авторам в разных научных публикациях.

Насколько мы сейчас представляем физику процесса, «предсказать» взрыв звезды всё же можно, но только за несколько часов. Ожидается, что предвестником вспышки Сверхновой будет всплеск потока нейтрино: они беспрепятственно покинут область звезды, в то время как «взрывная волна» будет некоторое время тормозиться в её глубине, пока не вырвется на поверхность. Здесь ситуация отдалённо похожа на вспышки на Солнце: их предвестники в виде всплесков электромагнитного излучения достигают Земли со скоростью света, в то время как явления, связанные с термоядерными реакциями и конвекцией, становятся заметными с некоторой задержкой.

Betelgeuse by ALMA radio array
Бетельгейзе — снимок радиотелескопа ALMA.

За последние 400 лет ни одной такой вспышки в нашей Галактике, доступной для наблюдения, не было. Ближайшая к Солнечной системе вспышка Сверхновой за это время — та самая SN 1987 А в соседней галактике-спутнике. Но есть несколько возможных кандидатов на эту роль в ближних окрестностях (несколько сот световых лет), и Бетельгейзе — только самая популярная из таких звёзд. Кроме неё, в том же созвездии Ориона есть целая группа сверхмассивных звёзд, которые рискуют закончить взрывом сверхновой. Это, например, Ригель (Бета Ориона) и звёзды «пояса Ориона». Они находятся на примерно одинаковом расстоянии от Солнечной системы и родились в одной и той же космической структуре, которая проявляется как множество туманностей и звёздных скоплений на этом участке неба в Орионе. На другой стороне небесной сферы, примерно там, где созвездие Скорпиона, есть «парная» к Ориону структура — ассоциация ярких звёзд и молекулярных облаков на сопоставимом расстоянии в несколько сот световых лет — OB-ассоциация Скорпиона-Центавра. О закономерностях расположения ярких звёзд вблизи Солнечной системы мы писали ранее. Звезда — красный гигант Антарес в Скорпионе может рассматриваться на тех же основаниях, что и Бетельгейзе, то есть как такой же кандидат на «скорый» взрыв сверхновой.

Crab Nebula Parsons drawing
Крабовидная туманность (Crab Nebula), или Messier 1 — зарисовка середины XIX века.

В историческое время взрывы сверхновых случались. Крабовидная туманность в созвездии Тельца — остаток Сверхновой, вспышка которой наблюдалась в 1054 году и которую подробно описали китайские астрономы. Звезда была настолько яркой, что её можно было видеть даже днём. Это первая туманность, которую удалось отождествить со взрывом звезды, отображённым в исторических наблюдениях. Но взорвавшаяся звезда-прародитель находится гораздо дальше, чем описанные выше ближние звёздные скопления пояса Гулда (то есть ассоциации Ориона, Скорпиона и пр.) — до неё около 6500 световых лет. Сразу две галактических сверхновых с интервалом в 30 лет были доступны прямому наблюдению в Новое время — это Сверхновая Тихо Браге SN 1572 в Кассиопее и Сверхновая Кеплера SN 1604 в Змееносце, и обе они находились на таких же солидных расстояниях от Солнечной системы.

В конце 2019 — начале 2020 годов Бетельгейзе продемонстрировала необычайное уменьшение яркости, потускнев до +1,6m к февралю (обычная её яркость около +0,5m) — и многие опять заговорили о близком взрыве. Но затем яркость звезды восстановилась до обычных значений. Ранее, в 2009—2010 году, астрономы заметили аналогичную аномалию: кроме колебаний яркости, зафиксировали быстрое изменение размеров звезды. И, по-видимому, версия о скором взрыве именно Бетельгейзе в научно-популярных изданиях берёт начало с тех времён. Бетельгейзе — одна из немногих звёзд, которые мы можем исследовать не только как точечные объекты, в частности, получать представление об изменении их формы и размеров. Уменьшение размера логично связать с надвигающимся гравитационным коллапсом из-за выгорания вещества звезды и скорым инициированием взрывной цепи термоядерных реакций. Но затем звезда в очередной раз восстановилась до нормального состояния. Такие колебания происходят всегда: Бетельгейзе — долгопериодическая пульсирующая звезда с доминирующим периодом около 400 дней, у неё меняется как яркость, так и размеры, и механизмы этого пока не очень понятны. Можно ожидать очередного увеличения яркости где-то в сентябре 2020 года, а следующего минимума — в апреле 2021 года. Поскольку в конце весны-начале лета Бетельгейзе на небесной сфере находится близко к Солнцу, её исследование планируют при помощи солнечных орбитальных телескопов, в частности, с использованием миссии STEREO.

Что дальше?

Tycho Brahe SN1572 Supernova
Наблюдения Тихо Браге за Сверхновой SN 1572 в Кассиопее.

Последствия всё же произошедшего взрыва Сверхновой Бетельгейзе описывают по аналогии с этими описанными профессиональными астрономами в Новое время событиями, вероятно, сделав поправку на более близкое расстояние до звезды. Так, считается, что звезда будет иметь яркость около половины яркости Луны в полнолуние и будет видна и днём — предполагается увеличение яркости в 10000 раз, или на 10 звёздных величин (до −11 — −12m). Такое свечение будет продолжаться несколько месяцев, после чего в течение нескольких месяцев или года звезда будет затухать, пока не исчезнет с небосвода. Это событие не должно повлиять на биосистемы на Земле, поскольку звезда находится достаточно далеко и для экранирования излучения до безопасного уровня будет достаточно нашей атмосферы и магнитного поля.

Разные авторы считают, что «опасное» расстояние до Сверхновой, чтобы её взрыв мог нанести ущерб планете, составляет 50—150 св.лет. И предполагается, что такие взрывы близких звёзд происходили на протяжении геологической истории, приводя к частичным массовым вымираниям. Так, ближайшее такое событие, возможно, случилось 2,5 миллиона лет назад, вызвав вымирание некоторых видов в конце плиоцена. Но почти все кандидаты на взрыв Сверхновой, не только Бетельгейзе, сейчас располагаются на расстояниях в несколько сотен световых лет или дальше — это связано с расположением Солнечной системы по отношению к локальной галактической структуре — поясу Гулда, в котором находится большинство ближних звёзд-гигантов. Более подробно об этой структуре см. наш январский материал.

Взрывом и последующим исчезновением с небосвода история Бетельгейзе не закончится. Взрыв выбросит в пространство газовую и пылевую оболочку вокруг звезды. Типичные скорости разлёта такой оболочки составляют 10 000 км/с после взрыва, и мы наблюдаем такие облака вокруг мест, где были зафиксированы взрывы Сверхновых. Эта оболочка в виде плазменного пузыря достигнет Солнечной системы примерно через 100 000 лет после взрыва. Такая плазма содержит интенсивные магнитные поля и высокоэнергетичные заряженные частицы, и будет являться источником сильного рентгеновского излучения. Земной магнитосферы и слоя воздуха должно быть достаточно для защиты от этого «звёздного ветра». Можно также предположить, что он ещё проявится в виде увеличения интенсивности полярных сияний. Как минимум, защиту от его воздействия необходимо будет предусмотреть для космических полётов так же, как сейчас при планировании полётов учитывается «космический ветер» от Солнца и из-за пределов Солнечной системы.

Взрыв Бетельгейзе — возможно, так.

Бетельгейзе — только один из кандидатов на роль сверхновой в ближних космических окрестностях. Вероятно, повышенное внимание к этой звезде вызвано многочисленными заявлениями о её странных свойствах, например, внезапном уменьшении или увеличении размеров и яркости. Из-за относительной близости и размера астрофизики имеют возможность исследовать её более подробно по сравнению с большинством звёзд, и количество «сенсаций», связанных с ней, будет больше, чем для другой звезды. Ажиотажу способствуют также старые представления о путях эволюции звёзд, по которым взрыв Сверхновой этого типа (тип II) должен произойти на стадии красного гиганта сверхмассивной звезды. Как показывают данные по внегалактическим сверхновым, сценарии эволюции оказываются разнообразнее: ждать взрыва Сверхновой можно и от многих других звёзд-гигантов поблизости.

.
Комментарии