ALMA нашла на Бетельгейзе горячее пятно, живущее два десятилетия вопреки моделям

Красный сверхгигант Бетельгейзе, расположенный в 560 световых годах от нас, давно стал для астрофизиков естественной лабораторией по изучению финальных стадий звездной эволюции. Водород в его ядре исчерпан, термоядерные реакции переместились в окружающие слои, а внешняя оболочка раздулась настолько, что, окажись звезда в центре Солнечной системы, ее граница достигла бы орбиты Юпитера. При такой колоссальной разреженности вещества гравитация на видимой поверхности в тысячи раз слабее солнечной, что коренным образом меняет механизмы переноса энергии: вместо лучистого переноса здесь доминирует конвекция, а гигантские восходящие потоки нагретого газа, по расчетам, должны жить не дольше одного-двух лет, прежде чем разрушиться под действием турбулентности.

Однако реальность, как это часто бывает, оказалась сложнее теоретических выкладок. Международная группа исследователей, работавшая с данными радиоинтерферометра ALMA, обнаружила на диске сверхгиганта высокотемпературную область, которая сохраняет свои форму, положение и мощность на протяжении как минимум семи лет. Это прямое противоречие гидродинамическим моделям: ни один конвективный поток в таких условиях не может оставаться стабильным столь длительный срок. Чтобы добиться углового разрешения в 7 миллисекунд дуги и разглядеть детали размером в одну шестую поперечника звезды, астрономы задействовали наиболее широкую конфигурацию комплекса — 66 антенн, растянутых на 16 километров по высокогорному плато Чахнантор. Измерения в субмиллиметровом диапазоне позволили заглянуть в глубокие слои атмосферы, куда не проникает оптический свет, рассеиваемый плотной пылью.

Главный результат — выявление устойчивой термической аномалии в северо-восточном секторе диска, где газ прогрет до 2700–3000 кельвинов, что на 500–800 градусов выше окружающего фона. Сопоставление данных 2023 года с архивными наблюдениями показало: смещение пятна за 7,3 года не превысило 2 миллисекунды дуги, то есть осталось в пределах инструментальной погрешности. Более того, инфракрасные интерферометрические измерения 2008 года и ультрафиолетовые снимки телескопа «Хаббл» конца 1990-х фиксировали избыток излучения в том же самом секторе. Таким образом, срок жизни аномалии достигает двух десятилетий, что требует принципиально иного физического объяснения.

Авторы исследования предлагают две гипотезы, каждая из которых по-своему объясняет стабильность горячего пятна. Первая связывает его с полярной осью вращения звезды: линия, соединяющая северо-восточное и юго-западное пятна, наклонена под углом 51 градус, что совпадает с ориентацией оси вращения Бетельгейзе. В этом случае горячая область проецируется на географический полюс, где сила Кориолиса и радиальные магнитные поля могут подавлять турбулентное разрушение восходящего потока, формируя постоянный конвективный столб. Вторая гипотеза предполагает наличие у гиганта невидимого спутника — небольшой звезды-компаньона на орбите с большой полуосью около 2,3 радиуса Бетельгейзе. Приливные деформации и ударные волны вдоль траектории движения компаньона способны создавать устойчивые зоны повышенной температуры. Показательно, что в августе 2023 года, когда спутник должен был находиться под позиционным углом около 150 градусов, именно там зафиксированы максимальные искажения формы звезды.

Отдельного внимания заслуживает связь обнаруженных структур с «Великим потускнением» Бетельгейзе в 2019–2020 годах, когда видимая яркость звезды упала более чем в два с половиной раза. Радионаблюдения подтвердили сценарий тех событий: мощный выброс газа из фотосферы поднялся на высоту более двух звездных радиусов, остыл до температуры конденсации твердой фазы и образовал непрозрачную силикатную пыль, закрывшую звезду от земных наблюдателей. К 2023 году этот газопылевой объем сместился на 60 миллисекунд дуги, где его и зафиксировал интерферометр. Кинематический анализ молекулярных линий оксида кремния и угарного газа выявил резкую асимметрию распределения вещества: контраст плотности между северо-востоком и юго-западом достигает 10 к 1, а в районе горячего пятна газ поднимается со сверхзвуковой скоростью до 30 км/с — в пять-шесть раз быстрее местной скорости звука.

Эти данные меняют представления о потере массы красными сверхгигантами перед коллапсом. Вместо равномерного сферического ветра и быстро сменяющихся конвективных ячеек реальность демонстрирует анизотропный выброс вещества отдельными плотными сгустками в выделенных направлениях и существование стабильных многолетних источников тепла, не разрушающихся турбулентностью. Поскольку Бетельгейзе в ближайшие сотни тысяч лет должна вспыхнуть как сверхновая типа II-P, характер ударной волны будет напрямую зависеть от неоднородностей окружающей среды, сформированных этими процессами. Наблюдения дают астрофизикам базу для калибровки новых гидродинамических моделей, описывающих последние этапы жизни массивных звезд — и, возможно, позволяют точнее предсказать, как будет выглядеть вспышка одного из самых ярких объектов земного неба.

По материалам: iXBT