Астрофизики ЧелГУ расставили звёзды по местам

​Доцент кафедры общей и прикладной физики физического факультета Челябинского государственного университета Ольга Еретнова в соавторстве со своим учителем, безвременно ушедшим в 2021 году профессором ЧелГУ Александром Дудоровым, составили каталог открытых недавно молодых звёзд и исследовали их функцию масс.​​

Учёные показали, что распределение молодых звёзд по массам можно аппроксимировать логнормальным распределением с наиболее вероятной массой около 0.8 масс Солнца. О результатах своей работы астрофизики ЧелГУ доложили на Всероссийской астрономической конференции-2021 «Астрономия в эпоху многоканальных исследований».

Молодые звёзды отличаются тем, что в них ещё не начались термоядерные реакции, они излучают энергию за счет гравитационного сжатия. Через какое-то время температура в недрах сжимающейся звезды достигнет нужного значения, и тогда произойдет рождение звезды.

«В нашем каталоге собраны молодые звёзды, у которых массы надежно определены из наблюдений. Они были открыты совсем недавно, – рассказывает Ольга Еретнова. – Эти небесные тела находятся в областях звездообразования и окружены газопылевыми облаками, что затрудняет их наблюдение. Однако в последние годы произошло значительное увеличение углового разрешения и чувствительности наблюдательных инструментов, поэтому сейчас науке становится известно всё больше и больше новых молодых звёзд».

Эта работа по сбору данных началась в ЧелГУ ещё в 2013 году. Сначала учёные нашли информацию лишь о десяти объектах, а к настоящему времени в каталог входят около сотни молодых звёзд, что и позволило приступить к изучению их распределения по массам.

Исследование, которое проводят астрофизики ЧелГУ, уникально для России: до сих пор подавляющее большинство научных статей о молодых звёздах опубликованы лишь в зарубежных журналах, а функция масс этих небесных тел в настоящее время практически не изведана.

Особый интерес для фундаментальной науки представляет исследование начальной функции масс (НФМ), характеризующей распределение по массам звёзд, рождающихся в некотором фиксированном объеме.

«Если НФМ, полученная из наблюдений, будет одинакова для различных скоплений звёзд Галактики, то это будет означать, что процесс образования звёзд происходит всегда одним путем, – поясняет Ольга Еретнова. – С наблюдаемым распределением звёзд по массам должны согласовываться теории образования звёзд. Молодые звёзды занимают промежуточное положение в эволюционной цепочке «ядра молекулярных облаков – звёзды начальной главной последовательности». Сравнение функции масс молодых звёзд с НФМ звезд и функцией масс ядер молекулярных облаков позволит уточнить, как изменяется масса молодых звёздных объектов в процессе эволюции».

На сегодняшний день учёным ЧелГУ удалось каталогизировать молодые звёзды Ае/Ве Хербига, звезды типа Т Тельца и карлики.

«Ае/Ве звезды Хербига названы по фамилии астрофизика, внесшего большой вклад в их изучение, у них спектральные классы А и В, массы от примерно от 8 до 2.5 масс Солнца. Звезды типа Т Тельца названы по их прототипу, звезде Т Тельца. Массы звезд типа Т Тельца от примерно 2.5 до 0.5 масс Солнца. И самые маломассивные молодые звезды, массы которых меньше 0.5 масс Солнца, это карлики, – рассказывает Ольга Еретнова. – Самые маломассивные имеют массы 0.013 масс Солнца, или около 13.5 масс Юпитера, это коричневые карлики. В таких звёздах никогда не начнутся термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Но возможны реакции на дейтерии, боре и бериллии, такие реакции протекают при более низкой температуре. Небесные тела с меньшей массой – это уже не звёзды, а планеты».

Среди звёзд каталога, составленного астрофизиками ЧелГУ, самая массивная – это главная компонента двойной звезды BM Ori, она имеет массу 5.9 масс Солнца. А самая маленькая – спутник в двойной EPIC 203710387, масса 0.108 масс Солнца.

В процессе каталогизации молодых звезд учёным ЧелГУ посчастливилось узнать об этих небесных телах много интересного. Например, оказалось, что планеты могут образовываться не только у одиночных звёзд, но и у двойных. В настоящее время открыто около 60 планет у двойных звёзд. Так, Kepler-47 — двойная звезда в созвездии Лебедя, в которой обнаружено три планеты. На таких планетах можно увидеть два солнца сразу.

На первый взгляд неискушенному в астрофизике человеку может показаться, что чем больше масса звезды, тем дольше её жизнь. На самом деле это не так.

«Менее массивные звёзды живут дольше, – разъясняет Ольга Еретнова. – Так, наше Солнце уже примерно 5 млрд лет находится в таком же состоянии, что и сейчас. И ещё примерно 5 млрд лет его состояние не будет существенно изменяться. У звезды, которая массивнее Солнца в 10 раз, время жизни короче в 100 раз. И наоборот, если масса звезды меньше в 10 раз солнечной, ее время жизни будет в 100 раз длиннее».

Работы по изучению молодых звёзд предстоит ещё много. В частности, учёные предполагают продолжить исследовать распределение по массам молодых звезд, используя свежие данные о вновь открытых звёздах, у которых наблюдаются протопланетные диски.

«Количество вновь открытых звезд быстро растет, – отмечает Ольга Еретнова. – Наличие протопланетных дисков позволяет достаточно точно определять массы звёзд, считая вращение диска кеплеровским. Для таких звёзд возможно сразу построить функцию масс».