85 Пегаса
- 1 year ago
- 0
- 0
IK Пега́са (IK Pegasi, сокр. IK Peg, или HR 8210 ) — двойная звезда в созвездии Пегас . Находится на расстоянии около 150 световых лет от Солнечной системы и её светимости достаточно, чтобы быть видимой невооружённым глазом .
Главный компонент ( IK Пегаса A ) — звезда главной последовательности , спектрального класса A, которая классифицируется как переменная звезда типа Дельты Щита и показывает незначительные пульсации яркости с частотой изменения блеска примерно 22,9 раза в день . Его спутник ( IK Пегаса B ) является массивным белым карликом — звездой, которая сошла с главной последовательности и уже не производит энергию путём термоядерного синтеза . Они вращаются друг вокруг друга с периодом 21,7 дня на среднем расстоянии около 31 млн км , или 0,21 астрономической единицы (а. е.) друг от друга, что меньше, чем радиус орбиты Меркурия .
IK Пегаса B — ближайший известный кандидат в будущие сверхновые . Как только главная звезда системы начнёт превращаться в красный гигант , она вырастет до радиуса, где белый карлик может увеличивать массу, аккрецируя вещество с расширенной газовой оболочки. Когда белый карлик достигнет предела Чандрасекара в 1,44 солнечных масс , он может взорваться как сверхновая типа Ia .
Впервые эта звезда была каталогизирована в 1862 году , попав в Боннское обозрение под номером BD +18°4794B. Позднее, в 1908 году она появились в Гарвардский пересмотренном каталоге как HR 8210 . Обозначение IK Пегаса было присвоено, после того как была открыта её переменность, в соответствии с номенклатурой обозначения переменных звёзд , предложенной Фридрихом Аргеландером .
Изучение спектральных особенностей этой звезды показали характерное смещение линий поглощения в двойной системе . Это смещение возникает, когда звезда движется по своей орбите, сначала по направлению к наблюдателю, а затем от наблюдателя, создавая периодический доплеровский сдвиг спектральных линий. Измерения этого смещения позволяют астрономам определить относительную скорость орбитального движения по крайней мере одной из звёзд, даже если они не в состоянии разрешить отдельные компоненты .
В 1927 году канадский астроном Уильям Харпер ( ) использовал этот метод для определения периода обращения спектрально-двойной IK Пегаса и обнаружил, что он равен 21,724 дня . Кроме того, он первоначально предполагал, что эксцентриситет орбиты равен 0,027. (Более поздние оценки показывают, что эксцентриситет фактически равен нулю, что является показателем круговой орбиты) . Максимальная скорость основного компонента вдоль луча зрения с Земли составляет 41,5 км/с .
Расстояние до системы IK Пегаса может быть измерено непосредственно по наблюдениям параллакса звезды, поскольку она достаточно близка. Это периодическое смещение было измерено с высокой точностью астрометрическим спутником « Hipparcos », что позволило оценить расстояние до звезды в 150 ± 5 световых лет . «Hipparcos» измерил также собственное движение этой системы (небольшое угловое смещение IK Пегаса на небе из-за его движения в пространстве)
Известные расстояние и собственное движение системы позволяют оценить поперечную скорость IK Пегаса , которая оказалась равной 16,9 км/с . Третий компонент движения, лучевую скорость, можно рассчитать по среднему сдвигу в красную или синюю сторону звёздного спектра. Общий каталог звёздных лучевых скоростей ( Catalogue of Stellar Radial Velocities ) указывает, что радиальная скорость для этой системы −11,4 км/с . Сочетание радиального и поперечного движений даёт пространственную скорость 20,4 км/с по отношению к Солнцу .
В 2000 году была сделана попытка сфотографировать отдельные компоненты этой двойной системы с помощью космического телескопа «Хаббл» , но звёзды оказались слишком близки для того, чтобы их можно было разрешить по отдельности . Последние измерения орбитальной ультрафиолетовой обсерваторией EUVE ( Extreme Ultraviolet Explorer ) дали более точную оценку орбитального периода в 21,72168(9) дней . Предполагается, что наклон плоскости орбиты системы к лучу зрения близок к 90°, то есть с Земли её видно почти с ребра. В этом случае возможно наблюдать периодические затмения основного компонента белым карликом .
Диаграмма Герцшпрунга — Рассела показывает зависимость между светимостью и показателем цвета для множества звёзд. IK Peg A в настоящее время находится на главной последовательности , то есть принадлежит к той группе звёзд, в которой энерговыделение обеспечивается термоядерным горением водорода . Вместе с тем IK Peg A лежит в узкой, почти вертикальной полосе на диаграмме Герцшпрунга-Рассела, которая известна как полоса нестабильности . Яркости звёзд в этой полосе колеблются в результате периодических пульсаций поверхности звезды .
Пульсации происходят в результате процесса, называемого каппа-механизм . Часть внешней атмосферы звезды становится оптически непрозрачной из-за частичной ионизации отдельных элементов. Когда эти атомы теряют электрон , вероятность того, что они будут поглощать энергию, возрастает. Это приводит к увеличению температуры, что приводит к расширению атмосферы. Расширенная атмосфера становится менее ионизированной и теряет энергию, в результате чего она остывает и уменьшается в размерах. В результате работы этого цикла появляются периодические пульсации атмосферы и соответствующие изменения яркости .
Звезды в области полосы нестабильности, которая пересекает главную последовательность, называются переменными типа Дельты Щита (δ Sct). Подобные переменные, прототипом для которых стала Дельта Щита , обычно являются звёздами спектрального класса от А2 до F8 и класса светимости от III ( субгигантов ) до V (звёзды главной последовательности). Эти звёзды — короткопериодические переменные с регулярными пульсациями между 0,025 и 0,25 суток. Звёзды типа δ Sct имеют обилие тяжёлых элементов, подобное солнечному (см. Металличность ), и массу от 1,5 до 2,5 M ⊙ . Частота пульсаций IK Пегаса A была оценена в 22,9 цикла в день, или один раз в 63 мин .
Астрономы определяют металличность звезды, как наличие в её атмосфере химических элементов , которые имеют более высокий порядковый номер , чем гелий (все они называются в астрофизике металлами). Эта величина измеряется с помощью спектрального анализа атмосферы, а затем оценивается по сравнению с результатами предвычисленных звёздных моделей. В случае IK Пегаса A металличность [M/H] равна 0,07±0,20. Такая запись даёт логарифм отношения содержания металлов (M) к водороду (H), минус логарифм металличности Солнца. (Таким образом, если звезда имеет ту же металличность, что и Солнце, то значение логарифма будет равно нулю). В пределах погрешности металличность IK Пегаса A совпадает с солнечной.
Спектр таких звёзд, как IK Peg A , показывает сильные бальмеровские линии водорода вместе с линиями поглощения ионизированных металлов, в том числе линии K ионизованного кальция (Ca II) на длине волны 393,3 нм . Спектр IK Peg A классифицируется как маргинальный Am (или "Am: "); это означает, что в спектре этой звезды видны несколько усиленные, по сравнению с типичной звездой класса А, линии поглощения металлов . Звезды спектрального класса Am часто являются членами тесных двойных систем с компаньоном примерно такой же массы, что и наблюдается в случае IK Пегаса .
Звёзды спектрального класса A горяче́е и массивнее, чем Солнце, но, как следствие, время жизни звезды на главной последовательности соответственно меньше. Для звезды с массой, аналогичной IK Peg A (1,65 солнечных), расчётный срок жизни на главной последовательности составляет 2-3 млрд лет , что составляет примерно половину текущего возраста Солнца .
В отношении массы, ближайшей к нам звездой-аналогом того же спектрального класса и типа переменности является относительно молодой Альтаир , чья масса равна 1,7 M ⊙ . В целом же двойная система имеет некоторое сходство с Сириусом , который состоит из главной звезды спектрального класса A и спутника — белого карлика. Тем не менее, Сириус A является более массивной звездой, чем IK Пегаса A , а орбита его спутника гораздо больше, с большой полуосью в 20 а. е.
Звезда-компаньон IK Пегаса B является плотным белым карликом. Звёзды этого класса достигли конца своей жизни и больше не производят энергию путём ядерного синтеза. Вместо этого, при нормальных обстоятельствах белый карлик будет постоянно излучать избыток энергии, становясь всё более холодным и тусклым, на протяжении многих миллиардов лет .
Почти все звёзды малой и средней массы (меньше примерно 9 солнечных масс) в конце концов, исчерпав свои запасы водорода, становятся белыми карликами . Такие звёзды проводят большую часть своей «активной» жизни, находясь на главной последовательности. Количество времени, которое они проводит на главной последовательности, зависит прежде всего от их массы: время жизни уменьшается с ростом массы . Таким образом, IK Peg B , прежде чем стать белым карликом, должна была быть более массивной, чем компонент А . Звезда-родоначальник IK Peg B , как полагают, имела массу от 5 до 8 солнечных .
После того как водородное топливо в ядре родоначальника IK Peg B было исчерпано, он превратился в красный гигант. Внутреннее ядро сжалось до состояния, когда началось горение водорода в оболочке, окружавшей гелиевое ядро. Чтобы скомпенсировать повышение температуры, внешняя оболочка расширилась во много раз по сравнению с радиусом, которым звезда обладала, находясь на главной последовательности. Когда в ядре были достигнуты температура и плотность, при которой могло бы начаться горение гелия , гигант перешёл на горизонтальную ветвь диаграммы Герцшпрунга — Расселла. Слияние гелия образует инертное ядро, состоящее из углерода и кислорода. Когда гелий в ядре был исчерпан, вокруг него появилась горящая гелиевая оболочка в дополнение к горящей водородной оболочке, и звезда перешла на так называемую асимптотическую ветвь гигантов , или АВГ. (Это ветвь, идущая к верхнему правому углу диаграммы Герцшпрунга — Расселла). Если звезда была достаточной массы, то затем может начаться горение углерода в ядре и производство в результате этого горения кислорода , неона и магния .
Внешняя оболочка красного гиганта или АВГ-звезды может расшириться до нескольких сотен радиусов Солнца, до 0,5 млрд км (3 а. е.) , как в случае пульсирующей АВГ-звезды Миры . Это расстояние выходит далеко за рамки текущего среднего расстояния между двумя звёздами в системе IK Пегаса , поэтому в этот период времени две звезды разделяли общую оболочку. В результате атмосфера IK Пегаса A , возможно, была обогащена изотопами различных элементов .
Некоторое время спустя сформировалось инертное кислород-углеродное (или кислородно-магниево-неоновое) ядро, и термоядерный синтез стал происходить в двух концентрических оболочках, окружающих ядро; водород начал гореть во внешней оболочке, а гелий — вокруг инертного ядра. Однако эта фаза горения в двойной оболочке неустойчива, что привело к тепловым импульсам, ставшим причиной широкомасштабных выбросов массы из внешней оболочки звезды . Из этого выброшенного материала образовалось огромное облако, называемое планетарной туманностью . Вся водородная оболочка была исторгнута из звезды, кроме небольшой части, окружающей остаток — белый карлик, который состоит в основном из инертного ядра .
IK Пегаса B может целиком состоять из углерода и кислорода, но может также, если в его звезде-предшественнике началось горение углерода , иметь кислородно-неоновое ядро, окружённое оболочкой, обогащённой углеродом и кислородом . В любом случае, снаружи IK Peg B покрыта атмосферой из почти чистого водорода, что позволяет отнести этот белый карлик к спектральному классу DA . В связи с большей атомной массой , гелий в оболочке будет «тонуть» в водородном слое . Полная масса звезды ограничивается давлением электронного вырожденного газа — квантово-механического эффекта , который ограничивает количество вещества, которое может быть «втиснуто» в заданный объём.
Оценивая массу IK Пегаса B в 1,15 массы Солнца, астрономы считают его весьма массивным белым карликом . Хотя его радиус не наблюдается непосредственно, он может быть оценён из известных теоретических отношений между массой и радиусом белого карлика , что даёт значение около 0,6 % от радиуса Солнца (другой источник даёт величину 0,72 %, так что в этом результате остаётся некоторая неопределённость) . Таким образом, эта звезда с массой более солнечной заключена в объёме меньше земного, что указывает на чрезвычайно большую плотность этого объекта .
Массивный и в то же время компактный белый карлик обеспечивает мощнейшую силу тяжести на поверхности звезды. Астрономы обозначили эту величину через десятичный логарифм гравитационной силы в единицах СГС , или lg g . Для IK Пегаса B lg g равен 8,95 . Для сравнения, lg g на Земле равен 2,99. Таким образом, сила тяжести на поверхности IK Пегаса B превосходит более чем в 900 000 раз силу тяжести на Земле .
Эффективная температура поверхности IK Pegasi B оценивается как 35 500 ± 1500 K , что делает его мощным источником ультрафиолетового излучения . В отсутствие спутника этот белый карлик постепенно (в течение миллиардов лет) остывал бы, а его радиус оставался бы практически неизменным .
В 1993 году Дэвид Уонакотт ( David Wonnacott ), Барри Келлетт ( Barry J. Kellett ) и Дэвид Стикленд ( David J. Stickland ) выдвинули предположение, что система IK Пегаса может со временем превратиться в сверхновую типа Ia или стать катаклизмической переменной . Находясь на расстоянии 150 световых лет, она является ближайшим к Земле кандидатом в сверхновые. Однако понадобится время, чтобы система развилась до состояния, когда может произойти взрыв сверхновой. За это время она отойдёт на значительное расстояние от Земли.
Наступит время, когда IK Пегаса A сойдёт с главной последовательности и начнёт превращаться в красного гиганта. Оболочка красной звезды может вырасти до значительных размеров, в 100 раз больше нынешнего радиуса. Когда внешняя оболочка IK Peg A достигнет полости Роша его компаньона, вокруг белого карлика начнёт формироваться газообразный аккреционный диск. Этот газ, состоящий в основном из водорода и гелия, будет скапливаться на поверхности спутника. Массообмен между звёздами приведёт также к их взаимному сближению .
Газ, скопившийся на поверхности белого карлика, начнёт сжиматься и нагреваться. В какой-то момент в накопленном газе могут сложиться условия, необходимые для термоядерного горения водорода, и начавшиеся мощнейшие термоядерные взрывы будут сметать часть газа с поверхности белого карлика. Это приведёт к периодическим катастрофическим изменениям светимости системы IK Пегаса : она быстро увеличится на несколько порядков в течение нескольких дней или месяцев . Примером такой звезды является система RS Змееносца — двойная звезда, состоящая из красного гиганта и белого карлика-спутника. RS Змееносца является повторной новой , испытавшей по крайней мере шесть вспышек, происходивших каждый раз, когда путём аккреции достигалась критическая масса водорода, необходимая для производства колоссального взрыва .
Вполне возможно, что IK Пегаса будет развиваться по аналогичной схеме . Однако даже в таких мощнейших термоядерных взрывах участвует только часть аккрецированного газа: другая часть либо выбрасывается в космос, либо остаётся на поверхности белого карлика. Таким образом, при каждом цикле белый карлик может неуклонно прирастать в массе и продолжать накапливать вокруг себя оболочку из водорода .
Альтернативная модель, которая позволяет белому карлику неуклонно накапливать массу без извержения, называется источник сверхмягкого рентгеновского излучения тесных двойных ( close-binary super soft X-ray source ). В этом сценарии скорость массопереноса на белый карлик в тесной двойной системе такова, что прибывающий водород постепенно сгорает в термоядерном синтезе, превращаясь в гелий. Эта категория источников супермягкого рентгеновского излучения состоят из белых карликов больших масс с очень высокой температурой поверхности ( 0,5—1 млн K ) .
Если во время массопереноса путём аккреции масса белого карлика достигнет предела Чандрасекара в 1,44 M ⊙ , давление вырожденного электронного газа больше не будет поддерживать белый карлик, и он сколлапсирует. Если ядро в основном состоит из кислорода, неона и магния, то сколлапсировавший белый карлик способен образовывать нейтронную звезду. В этом случае только часть массы звезды будет выброшена в результате взрыва . Если же ядро будет углеродно-кислородным, то повышение давления и температуры начнёт горение углерода в центре звезды ещё до достижения предела Чандрасекара. Драматическим результатом этого будет запуск термоядерной реакции синтеза, в которую в течение короткого времени вступит значительная часть вещества звезды. Этого будет достаточно, чтобы звезда в катастрофическом взрыве стала сверхновой типа Ia .
Такой взрыв сверхновой может нести угрозу для жизни на Земле. Считается, что основной компонент звезды, IK Peg A , вряд ли превратится в красный гигант в ближайшем будущем. Как уже было показано ранее, пространственная скорость звезды по отношению к Солнцу равна 20,4 км/с. Это эквивалентно перемещению на расстояние в один световой год каждые 14 700 лет . Например, через 5 млн лет звезда удалится от Солнца более чем на 500 световых лет. Сверхновые типа Ia за пределами тысячи парсек ( 3300 световых лет), как полагают, не могут повлиять на жизнь на Земле. .
После взрыва сверхновой белый карлик может полностью разрушиться или потерять только часть массы, а в расширяющейся оболочке начнётся радиоактивный распад никеля в кобальт и далее в железо , который даст энергию для свечения оболочки. Двойная система в результате взрыва, скорее всего, распадётся. Начиная с этого момента, IK Пегаса B , если выживет, будет эволюционировать как одиночный белый карлик. Относительная пространственная скорость выброшенного из системы остатка звезды-донора IK Пегаса A может достичь величины 100—200 км/с , что поставит его в ряд самых быстродвижущихся звёзд галактики . Дальнейшая эволюция IK Peg A будет почти такая же, как у компаньона: пройдя стадию красного гиганта, он сбросит внешнюю оболочку и станет быстродвижущимся белым карликом . Взрыв сверхновой также создаст расширяющуюся газопылевую оболочку , которая, в конечном счёте, сольётся с окружающей межзвёздной средой .
{{
cite conference
}}
:
Проверьте значение даты:
|date=
(
справка
)
Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (
ссылка
)
(англ.)
{{
cite conference
}}
:
Неизвестный параметр
|editors=
игнорируется (
|editor=
предлагается) (
справка
)
Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (
ссылка
)
(англ.)
{{
cite conference
}}
:
Проверьте значение даты:
|date=
(
справка
)
. Дата обращения: 12 сентября 2010. Архивировано из
23 октября 2007 года.
(англ.)