Бурная атмосфера красного гиганта

В 1996 г. космический телескоп Hubble впервые в истории смог различить самые масштабные детали диска звезды Бетельгейзе (α Ориона). Более десяти лет это достижение оставалось рекордным в исследованиях звездных поверхностей, и лишь в 2006-2007 гг. с помощью интерферометра CHARA Центра астрономии высокого разрешения Университета Джорджии (Center for High Angular Resolution Astronomy, Georgia State University) ученым удалось зарегистрировать неравномерную яркость дисков двух сравнительно близких светил — Веги (α Лиры) и Альтаира (α Орла). С тех пор технология интерферометрии значительно усовершенствовалась и вышла на качественно новый уровень.

Так в представлении художника выглядит Антарес — красный сверхгигант в созвездии Скорпиона. Данные, полученные интерферометром VLTI ESO, позволили впервые построить карту скоростей вещества в атмосфере этой звезды.

Группа исследователей под руководством Кейичи Онака из Северного Католического университета (Universidad Católica del Norte, Antofagasta, Chile) воспользовалась услугами Очень большого телескопа-интерферометра (VLTI ESO), установленного на чилийской обсерватории Паранал, чтобы построить карту поверхности Антареса — наиболее яркой звезды созвездия Скорпиона, которая является классическим красным сверхгигантом, по размерам примерно в 700 раз превышающим Солнце (расстояние до него оценивается в 650 световых лет).

Вдобавок с помощью спектральных методов ученые измерили скорости движения вещества в поверхностных слоях звезды. До настоящего времени настолько детальные исследования звездоподобного объекта не производились. VLTI — уникальный инструмент, в котором складываются световые потоки от телескопов комплекса VLT, то есть от двух, трех или всех четырех 8,2-метровых рефлекторов, а также четырех вспомогательных 1,8-метровых рефлекторов, в результате чего образуется виртуальный телескоп с эквивалентным диаметром до 200 м. Этот метод позволяет получать изображения со значительно лучшей разрешающей способностью, чем при использовании любого из телескопов по отдельности.

Но преимущества нового инструмента на этом не заканчиваются. Астрономам уже давно известно, что красные сверхгиганты на завершающих стадиях своей эволюции испытывают быструю потерю массы. Единственный способ понять механизм этого явления — попытаться как можно точнее измерить скорости отдельных газовых потоков в атмосферах звезд, и именно с этой задачей способен наилучшим образом справиться VLTI, не только получающий изображения с высочайшим разрешением, но и снимающий спектры каждого пикселя. Далее по сдвигу спектральных линий благодаря эффекту Доплера можно судить о направлении движения излучающего вещества (в случае сдвига в красную сторону оно удаляется от нас, в синюю — приближается) и о его скорости.

Использовав Очень большой телескоп-интерферометр ESO, астрономы получили это замечательное изображение красного сверхгиганта Антареса — наиболее детальный за всю историю астрономии снимок не только этого объекта, но и вообще поверхности звезды (не считая Солнца).

По результатам спектральных измерений астрономы построили первую двумерную карту скоростей газов в атмосфере далекого гиганта (ранее такая информация была доступна только для Солнца). С этой целью VLTI использовался в комплекте с тремя вспомогательными телескопами, а также с приемником AMBER для получения индивидуальных изображений поверхности Антареса в узком диапазоне инфракрасного спектра. По этим данным ученые вычислили разности между скоростями атмосферных потоков на различных участках звезды и среднюю скорость по всей ее поверхности.

Выяснилось, что турбулентный газ низкой плотности регистрируется на значительно больших расстояниях от светила, чем предсказывалось. Из этого астрофизики сделали вывод, что такие газовые потоки не могут быть обусловлены конвекцией, то есть крупномасштабными перемещениями вещества при переносе энергии от звездного ядра во внешнюю атмосферу, как это происходит у большинства других звезд. По-видимому, для объяснения динамики протяженных атмосфер красных сверхгигантов понадобится некий новый, пока неизвестный механизм.

В будущем описанный метод наблюдений собираются использовать для исследований поверхностей и атмосфер различных типов звезд — как удаленных гигантов, так и меньших по размерам, но более близких светил, чей угловой размер делает их доступной целью для инструмента VLTI. Это открывает перед астрофизикой новые горизонты и поможет астрономам ответить на множество вопросов, касающихся звездной эволюции.