В теоретической статье, опубликованной на этой неделе в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества, профессор Университета Рочестера и его студент делают вывод, что только "сильно взаимодействующие" двойные звезды — или звезда и массивная планета — могут реально дать начало этим мощным самолетам.Когда у этих меньших звезд заканчивается водород, чтобы сгореть, они начинают расширяться и превращаться в звезды с асимптотической ветвью гигантов (AGB). Эта фаза жизни звезды длится не более 100 000 лет. В какой-то момент некоторые из этих звезд AGB, которые представляют собой растянутую последнюю сферическую стадию в жизни звезд с малой массой, становятся «допланетными» туманностями, которые имеют асферическую форму.
«Что происходит, когда эти сферические звезды AGB превращаются в несферические туманности с двумя струями, стреляющими в противоположных направлениях?» — спрашивает Эрик Блэкман, профессор физики и астрономии из Рочестера. «Мы пытаемся лучше понять, что происходит на этом этапе».Для образования джетов в туманностях сферические звезды AGB должны каким-то образом стать несферическими, и Блэкман говорит, что астрономы считают, что это происходит потому, что звезды AGB не одиночные звезды, а часть двойной системы. Считается, что струи производятся выбросом материала, который сначала вытягивается и накапливается, или «накапливается», от одного объекта к другому и закручивается в так называемый аккреционный диск. Однако существует ряд различных сценариев производства этих аккреционных дисков.
Все эти сценарии включают две звезды или звезду и массивную планету, но до сих пор было трудно исключить какой-либо из них, потому что «ядро» AGB, где образуются диски, слишком мало, чтобы их можно было непосредственно разрешить с помощью телескопов. . Блэкман и его ученик Скотт Луккини хотели определить, могут ли двоичные файлы быть широко разделенными и слабо взаимодействующими, или они должны быть тесными и сильно взаимодействующими.Изучая струи из предпланетных и планетарных туманностей, Блэкман и Луккини смогли связать энергию и импульс, участвующие в процессе аккреции, с энергией и импульсом в джетах; процесс аккреции — это то, что фактически обеспечивает топливо для этих струй. Когда масса накапливается в одном из дисков, он теряет гравитационную энергию. Затем это преобразуется в кинетическую энергию и импульс истекающих струй, то есть массу, которая выбрасывается с определенной скоростью.
Блэкман и Луккини определили минимальную мощность и минимальные массовые потоки, которые необходимы для этих процессов аккреции, чтобы учесть свойства наблюдаемых джетов. Затем они сравнили требования с конкретными существующими моделями аккреции, которые предсказали удельную мощность и массовый расход. Они обнаружили, что только два типа моделей аккреции, каждая из которых включает в себя наиболее сильно взаимодействующие двойные системы, могут создать эти вытесненные предпланетарные туманности.
В модели первого типа, «переполнение полости Роша», спутники расположены так близко, что звездная оболочка AGB втягивается в диск вокруг спутника. Во втором типе моделей, или моделях с «общей оболочкой», спутник находится еще ближе и полностью входит в оболочку звезды AGB, так что два объекта имеют «общую» оболочку. Изнутри общей оболочки диски с очень высокой скоростью аккреции могут либо образоваться вокруг спутника из звездного материала AGB, либо спутник может быть измельчен в диск вокруг ядра звезды AGB.
Оба этих сценария могут обеспечить достаточно энергии и импульса для создания наблюдаемых струй.Название планетарные туманности первоначально пришло от астронома Уильяма Гершеля, который впервые наблюдал их в 1780-х годах и думал, что они являются вновь образующимися газообразными планетами. Хотя название сохранилось, теперь мы знаем, что они на самом деле являются конечными состояниями звезд с низкой массой и будут включать планеты только в том случае, если двойной спутник в одном из сценариев аккреции, описанных выше, на самом деле был большой планетой. «Предпланетарные» и «планетарные» туманности различаются по природе излучаемого ими света; Предпланетарные туманности отражают свет, тогда как зрелые планетарные туманности светятся посредством ионизации (когда атомы теряют или приобретают электроны). Предпланетарные туманности испускают две струи газа и пыли, последняя образуется в струях по мере того, как исходящие потоки расширяются и охлаждаются.
Эта пыль отражает свет, исходящий от более горячего ядра. В планетарных туманностях, которые считаются развитой стадией допланетарной туманности, обнажено ядро, и более горячее излучение, которое оно испускает, ионизирует газ в более слабых струях, которые, в свою очередь, светятся.
Исследование поддержано грантом NSF AST-1109285.
