Через миллиарды лет, когда оно будет приближаться к концу своей жизни и ядра гелия начнут сливаться в его ядре, Солнце довольно быстро вырастет и превратится в так называемого красного гиганта. После поглощения Меркурия Венера и Земля станут настолько большими, что больше не смогут удерживать свои внешние слои газа и пыли. Затем эти слои начнут рассеиваться в космическом пространстве, создавая красивое покрытие света, которое сияет, как неон, тысячи лет.
Таких остатков звезд в галактике много. Астрономы называют их планетарными туманностями. Они представляют собой типичную стадию жизни звезд, масса которых составляет от половины массы Солнца до массы, в восемь раз превышающей массу Солнца. Звезды с большей массой умирают гораздо быстрее — при взрывах сверхновых.
Планетарные туманности бывают разных форм. Это видно по их причудливым названиям: бабочка , кошачий глаз , южный краб ... Кроме того, с научной точки зрения они до сих пор вызывают недоумение. Мы не знаем, например, как космическая « бабочка » возникла из довольно гладкого круглого звездного кокона вокруг красного гиганта. Однако наблюдения и компьютерные модели дают нам объяснение в этом случае: у большинства красных гигантов есть более мелкие звездные спутники: компоненты двойных систем. Затем вторая звезда в системе может сформировать трансформацию гиганта в планетарную туманность, как гончар, формирующий глиняный сосуд на гончарном круге .
Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил замечательные детали туманности Южное кольцо, расположенной примерно в 2500 световых годах от нас в созвездии Паруса. Слева — изображение в ближнем инфракрасном диапазоне эффектных концентрических газовых оболочек, запечатлевших конец жизни звезды. Справа: изображение в среднем инфракрасном диапазоне позволяет нам легко отличить умирающую звезду в центре туманности (красная) от ее компаньона (синяя). Весь газ и пыль в туманности были отвергнуты красной звездой. Изображение предоставлено: НАСА, ЕКА, CSA и STSCI.
До сих пор лучшая теория образования планетарных туманностей имела дело только с одной звездой — красным гигантом. Поскольку его внешние слои слабо связаны гравитацией, он очень быстро теряет массу в конце своей жизни, со скоростью до 1 процента в столетие. Кроме того, плазма продолжает кипеть под поверхностью звезды, заставляя ее внешние слои пульсировать. Астрономы предполагают, что именно эти пульсации создают ударные волны, которые выбрасывают газ и пыль в космос, создавая так называемый звездный ветер. Однако требуется огромное количество энергии, чтобы полностью выбросить этот материал и предотвратить его падение обратно на звезду. Следовательно, этот ветер не может быть тонким зефиром; скорее, он должен иметь силу отдачи ракеты.
Как только внешний слой звезды освобождается, ее гораздо более скромные внутренние слои превращаются в белого карлика. Такая звезда горячее и ярче красного гиганта, от которого она исходит; она освещает и нагревает выходящий газ до тех пор, пока он не начинает светиться сам по себе, и тогда мы видим планетарную туманность. Весь процесс очень быстрый по астрономическим меркам: обычно он занимает от столетий до тысячелетий.
«Пока в 1990 году не был запущен космический телескоп «Хаббл», мы были убеждены, что находимся на правильном пути к пониманию этого процесса », — говорит Брюс Балик из Вашингтонского университета. Затем вместе с коллегой Адамом Франком из Рочестерского университета в Нью-Йорке они посетили конференцию в Австрии, где увидели первые изображения планетарных туманностей, сделанные телескопом Хаббл . - Мы пошли выпить кофе, посмотрели фотографии и поняли, что все изменилось -вспоминает Балик. Ранее астрономы предполагали, что красные гиганты сферически симметричны и что круглая звезда должна создавать круглую планетарную туманность. Однако Хаббл этого совсем не показал, даже близко. Стало очевидным, что многие планетарные туманности имеют экзотические осесимметричные структуры. Хаббл обнаружил фантастические лепестки, крылья и другие структуры, которые были не круглыми, а симметричными относительно главной оси туманности, как если бы они были накатаны на гончарном круге.
В статье Балика и Франка от 2002 года в Ежегодном обзоре астрономии и астрофизики представлены дебаты того времени о происхождении этих структур. Некоторые ученые предположили, что осевая симметрия связана с тем, как вращается красный гигант или как ведут себя его магнитные поля, но обе идеи не прошли некоторые фундаментальные проверки. Вторая возможность заключалась в том, что большинство планетарных туманностей образовано не одной звездой, а парой звезд. Орсола Де Марко из Университета Маккуори в Сиднее называет это «бинарной гипотезой» .он намного меньше и в тысячи раз слабее красного гиганта и может быть так же далек от него, как Юпитер от Солнца. Это позволило бы потревожить выброшенные слои красного гиганта, в то время как вторая звезда осталась бы достаточно далеко, чтобы не быть поглощенной им.
Есть и другие возможности, например орбита пикирования .в котором вторая звезда будет приближаться к красному гиганту каждые несколько сотен лет, отслаивая его слои. Однако гипотеза двойной системы очень хорошо объясняет первый шаг в метаморфозе умирающей звезды. Когда компаньон оттягивает пыль и газ от первичной звезды, они не сразу всасываются в нее, а образуют вращающийся диск из материала, известный как аккреционный диск, лежащий в плоскости орбиты компаньона. Этот аккреционный диск и есть наш гончарный круг. Если у него есть магнитное поле, оно будет выталкивать любые заряженные газы из плоскости диска к оси вращения. Однако даже без магнитного поля материал диска затрудняет вытекание газа наружу в плоскости орбиты, поэтому газ приобретает двустороннюю структуру с более быстрым течением к полюсам. И, скорее всего, это то, что видел Хаббл.