Пульсации протозвезд расскажут об их возрасте

Астрофизики научились определять возраст молодых звезд по их пульсациям.

По современным представлениям звезды возникают в результате гравитационного сжатия из молекулярных облаков газа и пыли – протозвездного облака. Сжатие облака приводит к повышению давления и температуры в его центре. В некоторый момент они становятся достаточными для запуска термоядерной реакции в ядре протозвезды, после чего ее сжатие прекращается и она становится «взрослой» звездой главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга–Рассела, где и находится в течение длительного времени. Возраст «взрослых» звезд, включая Солнце, как правило, оценивают на основе теории строения и эволюции звёзд с учётом зависимости между массой и светимостью для звёзд главной последовательности.

Определение возраста молодой протозвезды до начала термоядерной реакции далеко не простая задача. Информация о протозвездном облаке дает только смутное представление о его возрасте. Международная группа исследователей под руководством Констанции Цвинтс из астрономического института бельгийского университета КУ Левен разработала способ определения возраста протозвезд по измерениям их пульсаций. Статья об этом опубликована в журнале «Science» 3 июля 2014 года.  

О том, что «взрослые» звезды пульсируют, было известно с 1950-х годов, когда международное признание получили работы советского ученого Сергея Александровича Жевакина, разработавшего теорию пульсации звезд и разгадавшего тайну переменных звезд цефеид. Авторы данной работы не только теоретически доказали пульсацию протозвезд, но и связали вид их частотного спектра с возрастом звезды. Пульсации внешних слоев звезды представляют собой по сути акустические колебания плазмы, сейсмические волны. Поэтому для их исследования использовалась ультразвуковая технология эхографии, аналогичная той, которую применяют в медицине. Регистрация пульсаций производилась как фотометрическими, так и спектроскопическими методами.

Пульсации звезд происходят из-за взаимного действия гравитационного сжатия к центру звезды и давления возникающего при этом внутри звезды излучения в противоположную сторону.

«Наши данные показывают, что молодые звезды вибрируют медленнее, а более взрослые звезды вибрируют быстрее. Масса звезды имеет большое влияние на ее развитие: звёзды с меньшей массой развиваются медленнее. Тяжелые звёзды растут и взрослеют быстрее», - говорит доктор Цвинтс. Подобная зависимость имеется и для цефеид.   

Теоретические выводы о том, что молодые звезды пульсируют иначе, чем старые, были сделаны ранее, данное же исследование является первым подтверждением предсказаний теории конкретными космическими данными. Для этого ученые проанализировали колебания 34 звезд в возрасте до 10 миллионов лет и массой от одной до четырех масс Солнца в звездном скоплении Рождественская елка (NGC 2264), находящемся на расстоянии 2700 световых лет от нас. Там, в мощных облаках газа и пыли, охватывающих область размером в 40 световых лет, происходит формирование звезд.

  «Теперь у нас есть модель, которая более точно измеряет возраст молодых звезд», - говорит доктор Цвинтс. - «И мы сейчас в состоянии разделить молодые звезды в зависимости от их этапа жизни».  

Данные были получены с помощью наблюдений на спутниках MOST (Microvariability and Oscillations of STars — «Звездные микровариации и осцилляции», канадский космический телескоп) и CoRoT (COnvection ROtation and planetary Transits — европейский космический телескоп), и нескольких наземных обсерваториях, включая Европейскую южную обсерваторию в Чили (ESO).

Среди авторов работы – ведущий научный сотрудник Института астрономии РАН доктор физико-математических наук Татьяна Рябчикова, специализирующаяся на спектроскопических исследованиях.

По материалам: Science  и университета КУ Левен 
Видеоролик, иллюстрирующий исследование.