Зомби–звёзды, что это? Кто-то может подумать, что речь пойдёт просто о белых карликах или нейтронных звёздах, которые, по сути, остаются после смерти звёзды главной последовательности, но не всё так просто. Да, мы будем говорить в первую очередь о белых карликах, но и об особенных и необычных случаях, когда они, можно сказать, пережили вспышку сверхновой, после которой от них не должно было ничего остаться. То есть хоть и фигурально, но мы будем говорить о звёздах, переживших смерть. Зомби–звёзды – это, безусловно, лишь прозвище, но его используют даже в НАСА.

В обычном понимании термин “зомби” означает существо, пережившее смерть. Все мы привыкли видеть таких существ в фильмах ужасов, но, оказывается, в астрофизике существуют ещё и звёзды-зомби. Если говорить коротко: это звёзды, которые дважды пережили смерть. Чтобы понять как такое возможно, для начала стоит разобраться, что означает “смерть” для звезды.

Звёзды чрезвычайно массивны, из-за чего к их ядру постоянно направлена огромная сила гравитации, стремящаяся раздавить звезду. Коллапс звезды не происходит потому, что сжатию противодействуют силы давления газа и излучения, которые черпают энергию для этого из термоядерных реакций, протекающих в ядре звезды.

Но так как запасы топлива у звезды не бесконечны, то рано или поздно интенсивность ядерных реакций уменьшается, гравитационные силы начинают преобладать и происходит вспышка сверхновой, которая сопровождается выбросом огромного количества энергии. В результате звезда погибает, а на её месте остаётся белый карлик или нейтронная звезда, которые являются просто остывающими останками звезды.

А теперь давайте представим себе такую картину: есть двойная звёздная система, в которой одна из звёзд это белый карлик, а другая звезда самая обычная и всё ещё живая. Если расстояние между ними маленькое, то белый карлик будет перетягивать на себя вещество живой звезды и, как следствие, набирать массу. Со временем, при приближении к определённому пределу массы белый карлик разогревается до такой температуры, что в его ядре вновь начинаются термоядерные реакции, которые сопровождаются вспышкой ещё одной сверхновой. Фактически звезда погибает уже второй раз и на её месте вновь остаётся такой же белый карлик, правда, с меньшей массой и большой скоростью вращения, который и называют звездой-зомби.

Одна из теорий, почему белые карлики переживают подобную вспышку и превращаются в зомби такова: когда вокруг белого карлика скапливается достаточно водорода, то в нём начинаются чрезвычайно интенсивные реакции его горения из-за чего увеличивается давление в ядре, которое не может уравновесить гравитация и звезда взрывается. На данный момент эта теория ещё полностью не подтверждена и рассматриваются и альтернативные причины превращения звезды в зомби.

А вообще интересная судьба у таких объектов, родиться, погибнуть один раз, сойдя с главной последовательности, вспыхнуть необычный сверхновый, но пережить и её, но при этом приобрести такую скорость, чтобы покинуть собственную галактику и отправиться в одинокое путешествие длительностью миллиарды и миллиарды лет по практически пустому межгалактическому пространству.

В течение жизни на главной последовательности звезда удерживается в гидростатическом равновесии. Сколлапсировать под действием собственной гравитации звезде не дают термоядерные реакции, которые протекают в ядре и создают давление газа и излучения, направленные от центра вовне. Если бы не давление, то звезда бы неконтролируемо сжималась, а если бы не гравитация, то расширялась.

И эти два процесса регулируют друг друга. Если побеждает гравитация, звезда начинает сжиматься, но из-за этого в ядре повышается давление, плотность, а значит, и температура, и начинает выделяться больше энергии и гравитация снова уравновешивается.

Это действует и в обратную сторону, если сильнее становится давление, идущее из центра, звезда расширяется, понижается давление и следом выработка энергии в центре, и баланс вновь восстановлен. Благодаря этому механизму звезды находятся в равновесии на протяжении жизни на главной последовательности.

Когда срок нашего Солнца будет подходить к концу, и у него в ядре начнет заканчиваться водород, из которого синтезируется гелий, при достижении в ядре необходимый для горения гелия температуры 100 млн градусов, начнет синтезироваться углерод. Но у нашего Солнца недостаточно массы, чтобы запустить следующий цикл синтеза, и в конечном итоге остается планетарная туманность и белый карлик.

Однако звезды массивнее нашего Солнца, пройдя те же этапы из-за более сильной гравитации, не останавливаются на углероде, а продолжают далее синтезировать всё более тяжёлые элементы, такие как неон, кислород, кремний. И каждая следующая фаза намного короче предыдущий.

Если сжигать водород, массивная звезда может миллионы лет, то фаза кремния может длиться лишь недели. На протяжении всех этих фаз она всё еще поддерживает равновесие и противостоит гравитации за счёт выделяемой энергии. Но только до тех пор, пока термоядерные реакции не доходят до железа.

В процессе синтеза железа уже поглощается энергия, равновесие нарушается, гравитация побеждает и ядро за секунду коллапсирует. При этом выделяется огромное количество энергии и происходит вспышка сверхновой. В результате в зависимости от начальной массы звезды остается или нейтронная звезда, или черная дыра. Это упрощенно описано только один из механизмов коллапса ядра.

Что такое звезды-зомби? Звезда-зомби – это гипотетическая сверхновая Type Iax, или типа Iax, которая после взрыва оставляет после себя остаток звезды, а не полностью рассеивает звездную массу. Сверхновые типа Iax похожи на сверхновые типа Ia, но имеют меньшую скорость выброса и светятся не так ярко.

Сверхновые типа Ia взрываются от двойных систем, которые состоят, по крайней мере, из одного белого карлика – крохотной, сверхплотной звезды, переставшей проходить через синтез ядерной реакции. Белые карлики «мертвы», но в таком виде они не могут оставаться в двойной системе. Они могут вернуться к жизни, хоть и ненадолго, в гигантском взрыве вместе со сверхновой, высасывая жизнь из своей звезды-компаньона либо путем слияния с ней.

В большинстве случаев сверхновые на самом деле представляют финальную фазу жизни звезды, когда они в буквальном смысле взрываются и полностью уничтожаются. Однако ученые в NASA считают, что сверхновые могут оставлять после себя часть умирающей карликовой звезды.

Первый тип взрыва

Звезда главной последовательности остается стабильной, потому что гравитации противодействует давлению газа и излучения вырабатываемые в термоядерных реакциях в ядре. Но поскольку белые карлики этого лишены, здесь уже действует другой механизм противостоящей сжимающий звезду гравитации и это давление вырожденного электронного газа. Но сейчас мы не будем разбирать этот процесс, связанный с квантовыми эффектами. И у этого механизма тоже есть предел, предел по массе, после которого белый карлик не может стабильно существовать. Это и есть предел Чандрасекара, он оценивается примерно в 1,4 солнечных масс. Белый карлик может вспыхнуть новый, не сверхновой, а именно новый. Набирая массу от звезды компаньона, на поверхности образуется слой в основном из водорода. Если масса объекта не приближается к пределу Чандрасекара в определенный момент в этом слое запускаются термоядерные реакции. Они начинают происходить очень быстро, подобно взрыву. Выделяется большое количество энергии и внешней накопленный слой сбрасывается, а белый карлик остается, так вспыхивает новое. А это название появилось потому, что для наблюдателя на Земле, на небе появляется очень яркая звезда и она может быть третьим по яркости объектом после Солнца и Луны. В том месте где раньше не было видно звезды, как бы родилась новая, а потом яркость быстро снижается. И подобный процесс с одним белым карликом может повторяться много раз. Если же, наоборот, белый карлик, набирая массу, преодолевает предел Чандрасекара, давление вырожденного электронного газа уже не может противостоять гравитации. Под ее действием белый карлик коллапсирует и становится еще более плотным и компактным объектом, нейтронной звездой.

Второй тип взрыва

Еще один вариант – это как раз вспышка сверхновой типа 1а. Ученые по-прежнему обсуждают детали этого процесса, но в общих чертах это выглядит так. Когда по мере накопления массы белый карлик приближается к пределу Чандрасекара, температуры в белом карлики возрастает настолько, что запускаются термоядерные реакции горения углерода. Эти реакции очень быстрые и взрывоподобные, происходит вспышка сверхновой. Сверхновые типа Iа очень важны и активно изучаются еще и потому, что их можно использовать для измерения расстояния, в космосе в качестве так называемых стандартных свечей. Ведь взрывается всегда объект примерно одной и той же массой и можно рассчитать энергию взрыва и грубо говоря яркость объекта.

Впервые о возможности появления звезд-зомби астрономы заговорили, когда провели наблюдение за тусклой синей звездой, кормящей своей энергией более крупную звезду-компаньона. Этот процесс в конечном итоге привел к появлению относительно небольшой сверхновой звезды, получившей классификацию Type Iax.

Она не очень яркая и источает не так много звездной массы, как это делают сверхновые класса Iaх. На данный момент это единственный из известных процессов, приводящий к взрыву белых карликов.

Как правило, звезды, которые взрываются в конце своего жизненного цикла, массивные и имеют относительно короткие временные переходные циклы. Белые карлики, в свою очередь, холоднее, живут дольше и обычно не взрываются. Вместо этого они рассевают свою массу, создавая планетарную туманность.

Специалисты NASA говорят, что обнаружили уже порядка 30 сверхновых подкласса Type Iax, оставивших после себя выживших белых карликов. Однако требуются дополнительные исследования и наблюдения, чтобы подтвердить их существование.

Представители зомби-звезд

iPTF14hls

В 2017 году астрономы объявили о существовании сверхновой звезды iPTF14hls, которая взорвалась несколько раз за период более 50 лет. Это полностью опровергает существующие знания о конце жизни звезды. Обычная сверхновая поднимается до максимальной яркости и исчезает примерно за 100 дней. Сверхновая iPTF14hls становилась ярче и затухала, по меньшей мере, пять раз за два года. Астрономы просмотрели архивные данные и были поражены, обнаружив доказательства ее взрыва в 1954 году в том же самом месте на куполе неба. По-видимому, iPTF14hls каким-то образом пережил более ранний взрыв и снова взорвался в 2014 году. В поисках ответа на это странное явление астрономы предположили, что массивная звезда стала настолько горячим в своем ядре, что энергия преобразовалась в материю и антиматерию. Это привело к взрыву, который снес внешние слои звезды и оставил ядро нетронутым. Этот процесс повторился через десятилетия и может повториться много раз до большого окончательного взрыва.

LP 40-365

Смешанный химический состав и быстрое вращение белого карлика LP 40-365 указывают на то, что у этой звезды в прошлом был партнер, а большая скорость движения и направление траектории соответствуют удару, полученному этой звездой при взрыве типа Iax, который произошел в период от 5 до 50 млн лет назад на удалении в несколько десятков тысяч световых лет от Земли. Поскольку взрывы сверхновых длятся всего несколько секунд и ученые не могут точно предсказать, где именно произойдет взрыв, единственным способом изучения этих событий является изучение их последствий. Дальнейшие наблюдения за белым карликом LP 40-365 позволят ученым более точно установить причины взрывов типа Iax и, возможно, взрывов типа Ia, что будет играть большое значение для нашего понимания процессов расширения Вселенной и других явлений галактического и вселенского масштаба.

J1603−6613, J1825−3757 и J0905+2510

Их атмосферы, согласно ученым, состоят в основном из неона, кислорода и магния; это необычно, однако подпадает под то, что можно было ожидать от звезд, переживших превращение в сверхновую. На данный момент ученые еще многого не знают об этих звездах, в частности неизвестно, сколько им лет. В дальнейшем специалисты надеются найти еще больше подобных объектов, чтобы узнать о предполагаемом новом классе звезд как можно больше.