Na saite Astrometriya Astronomicheskie instrumenty Astronomicheskoe obrazovanie Astrofizika Istoriya astronomii Kosmonavtika, issledovanie kosmosa Lyubitel'skaya astronomiya Planety i Solnechnaya sistema Solnce

Predel'naya massa zvezdy
29.03.2005 17:54 | A. A. Panferov/scientific.ru

Ustanovlen nadezhnyi verhnii predel na massy zvezd - 150 mass Solnca, - chto imeet silu fundamental'noi konstanty dlya teorii evolyucii zvezd i nablyudatel'noi astronomii.

Massivnye zvezdy rasprostraneny znachitel'no rezhe, chem zvezdy solnechnoi massy. Poetomu oni menee izucheny, s nablyudatel'noi tochki zreniya, i do poslednego vremeni ne sushestvovalo principial'nogo ogranicheniya na naibol'shuyu massu, kotoruyu mozhet imet' tol'ko chto rozhdennaya zvezda. Izuchaya raspredelenie zvezd po masse v zvezdnom skoplenii Arochnoe, kotoroe raspolozheno vblizi centra Galaktiki, Donal'd Figer (stat'ya [1]) ustanovil yavnyi deficit zvezd s massoi bolee 130 M_Sun, vernee polnoe ih otsutstvie, protiv ozhidanii dlya izvestnyh raspredelenii mass. S uchetom neopredelennostei eto daet ocenku verhnego predela na vozmozhnye massy zvezd v 150 M_Sun.

Odnim iz glavnyh dostizhenii astronomii yavlyaetsya teoriya evolyucii zvezd. Sverhmassivnye zvezdy (s massami bolee 60-80 M_Sun) i vopros o predel'noi masse - ee kraeugol'nyi kamen'. Sam vopros o predel'noi masse byl postavlen teoriei. Odnako tochnogo ee znacheniya teoriya opredelit' ne mozhet. Evolyuciya zvezdy ot momenta rozhdeniya zavisit v pervuyu ochered' ot ee massy. Zvezdy s solnechnoi massoi zhivut poryadka desyati milliardov let, a s massoi v desyat' raz bol'shei - poryadka desyati millionov let. Teoreticheskie raschety zvezdnoi evolyucii, osushestvlyaemye na komp'yutere, horosho soglasuyutsya s nablyudeniyami dlya zvezd srednih mass. Odnako modeli zvezd s massami poryadka sotni ne stol' uspeshny i poetomu takoe modelirovanie predstavlet bol'shoi interes. Modeli sfericheskoi akkrecii gaza na protozvezdu dayut dlya predel'noi massy zvezdy okolo 100 M_Sun. Etoi zhe velichinoi mogut byt' ogranicheny massy vsledstvie razvitiya pul'sacii, kotorye pozvolyayut zvezde sbrosit' lishnyuyu (dlya ustoichivogo ravnovesiya) massu. Drugie modeli - sliyaniya neskol'kih protozvezd ili diskovoi akkrecii na protozvezdu - voobshe ne ogranichivayut vozmozhnye massy zvezd, i sushestvuyut raschety zvezd do 1000 M_Sun. Vvidu takoi neopredelennosti ponyatno, skol' vazhnym dlya teorii zvezdnoi evolyucii yavlyaetsya nablyudatel'nyi fakt sushestvovaniya verhnego predela massy zvezdy i ego znachenie.

Ris. 1. Izobrazhenie skopleniya Arochnoe v infrakrasnom diapazone (1-2 mkm), poluchennoe observatoriei Habbla. Golubye zvezdy - vneshnie zvezdy, proeciruyushiesya na skoplenie. Samye yarkie zvezdy skopleniya imeli pervonachal'nye massy 120-130 MSun. Massa skopleniya >104 MSun. (http://www.stsci.edu)

Raspredeleniya zvezd po massam izuchayut po zvezdnym skopleniyam, t.k. vozrast zvezd v skoplenii odinakovyi i horosho opredelyaetsya. Veroyatnost' obnaruzhit' naibolee massivnye zvezdy bol'she v bolee massivnom skoplenii. Skoplenie zvezd Arochnoe (ris. 1) okazalos' naibolee podhodyashim dlya dannoi zadachi. Eto odno iz samyh massivnyh zvezdnyh skoplenii, soderzhashee dostatochno zvezd, chtoby ozhidat' tam redkie sverhmassivnye zvezdy. Krome togo ono ochen' molodo - obrazovalos' 2-2.5 mln. let nazad vo vremya vnezapnoi vspyshki zvezdoobrazovaniya v centre Galaktiki, - poetomu massivnye zvezdy eshe ne uspeli proevolyucionirovat' i, takim obrazom, prekratit' sushestvovanie vspyshkoi sverhnovoi. Tak kak skoplenie raspolozheno vblizi centra Galaktiki, to rasstoyanie do nego horosho izvestno, 7.7 kps, chto pozvolyaet ocenivat' parametry zvezd - svetimosti i massy - s ochen' horoshei tochnost'yu. Moshnyi zvezdnyi veter molodyh goryachih zvezd razdul ostatki roditel'skogo molekulyarnogo oblaka i obnazhil zvezdy dlya nablyudatelya. Vpechatlyayushii vid okrestnostei skopleniya pokazan na ris. 2 v pochti hudozhestvennoi kompozicii izobrazhenii v raznyh diapazonah spektra. Uvidet' i razreshit' eto ochen' skuchennoe skoplenie, razmerom vsego lish' 0.5 ps, na otdel'nye zvezdy, skvoz' plotnuyu pyl' galakticheskogo centra, sil'no pogloshayushuyu v optike, okazalos' vozmozhnym tol'ko v infrakrasnom diapazone.

Ris. 2. Skoplenie Arochnoe raspolozheno vblizi centra Galaktiki, na udalenii ot Zemli 25000 svetovyh let. Golubym cvetom vo vstavke vmeste pokazany ego rentgenovskoe (diffuznaya struktura) i infrakrasnoe (tochechnaya struktura) izobrazheniya, poluchennye kosmicheskimi observatoriyami Chandra i Habbla, sootvetstvenno. Nablyudaemaya v rentgene goryachaya (60 mln. gradusov) obolochka vokrug skopleniya obuslovlena vzaimodeistviem zvezdnogo vetra ot goryachih massivnyh zvezd. Summarnogo ionizuyushego izlucheniya zvezd skopleniya (107.8 svetimostei Solnca) okazyvaetsya dostatochno, chtoby vyzvat' nagrev i izluchenie v infrakrasnom i radio diapazonah sosednego molekulyarnogo oblaka, dazhe na bol'shih rasstoyaniyah. Radio izobrazhenie oblaka s harakternymi arochnymi voloknami pokazano krasnym. (http://chandra.harvard.edu)

Ris. 3. Nablyudaemoe chastotnoe raspredelenie zvezd skopleniya Arochnoe po masse [1]. V zashtrihovannoi oblasti otsutstvuyut zvezdy, kotorye ozhidayutsya iz ekstrapolyacii izvestnyh zakonov raspredeleniya (pryamye linii).

Pervonachal'nye massy zvezd skopleniya byli rasschitany po dannym nablyudenii s teleskopom Habbla. Na ris. 3 pokazano raspredelenie chisla nablyudennyh zvezd po massam. Vertikal'nye bary oshibok otrazhayut neopredelennost' vychitaniya chisla proeciruyushihsya na skoplenie zvezd, a gorizontal'nye bary - neopredelennost' vozrasta skopleniya. Raspredelenie mass v logarifmicheskom masshtabe approksimiruetsya obychno lineinym zakonom. Dlya bol'shinstva skoplenii nablyudaetsya raspredelenie Salpitera - s naklonom G=d(logN)/d(logM)=-1.35. Dlya dannogo skopleniya raspredelenie bolee pologoe, s naklonom -0.9. Iz ris. 3 vidno, chto zvezdy s massami bol'she, chem 130 M_Sun, voobshe otsutstvuyut, togda kak Salpiterovskoe i sobstvennoe raspredeleniya predskazyvayut 18 i 33 takih zvezdy, sootvetstvenno. Takaya bol'shaya nedostacha sverhmassivnyh zvezd skoree vsego poluchaetsya vsledstvie sushestvovaniya principial'nogo verhnego predela na massy zvezd, kotoryi ocenivaetsya po dannym nablyudeniyam v 150 M_Sun. Eta velichina predel'noi massy byla poluchena ranee dlya skopleniya R136 v sosednei galaktike Bol'shoe Magelanovoe Oblako (Weidner C. & Kroupa P., 2003, MNRAS 348, 187), no na sushestvenno men'shem urovne statisticheskoi dostovernosti (stat'ya [1]).

Ustanovlenie dannogo predela zastavlyaet peresmotret' massy nekotoryh neobychnyh zvezd, s massami znachitel'no vyshe etogo predela, i posluzhit dal'neishemu razvitiyu teorii evolyucii zvezd.

Literatura:

1. D.F. Figer. An upper limit to the masses of stars. Nature 434, 192–194 (10 March 2005); doi:10.1038/nature03293 (ili astro-ph/0503193)
2.2. D.F. Figer et al. Massive stars in the Arches cluster. astro-ph/0208145 (sm. takzhe Astrophys. J. 581, 258-272 (2002))

Publikacii s klyuchevymi slovami: massy zvezd - Evolyuciya zvezd - massivnye zvezdy Publikacii so slovami: massy zvezd - Evolyuciya zvezd - massivnye zvezdy
Sm. takzhe: Pererabotka veshestva v Kassiopee A NGC 6357: sobor dlya massivnyh zvezd NGC 7789: Roza Karoliny Massivnye zvezdy v skoplenii Vesterlund 1 Planetarnaya tumannost' NGC 2818 ot Habbla Nauchnaya konferenciya "Nablyudaemye proyavleniya evolyucii zvezd" v SAO RAN Zvezdnaya pyl' i Betel'geize Vse publikacii na tu zhe temu >>