Экстремальная гелиевая звезда оказалась необычной богатой гелием звездой

Астрономы выяснили, что звезда HD 144941, которая более полувека считалась экстремальной гелиевой звездой, на самом деле является очень необычным представителем богатых гелием звезд. Недостаток водорода у таких светил вызван не ядерными реакциями, а действием звездных ветров. Препринт работы доступен на сайте ArXiv.org.

Экстремальные гелиевые звезды (или переменные типа PV Телескопа) представляют собой очень редкий класс звезд. Впервые их открыли в середине прошлого века, с тех пор было обнаружено лишь немногим более двадцати таких светил. Это маломассивные сверхгиганты, в которых практически нет водорода, то есть эти звезды образовались не так, как другие звезды во Вселенной, которые рождаются за счет гравитационного сжатия холодных и плотных сгустков газа в молекулярных облаках. 

Существуют два теоретических механизма образования таких светил. Первый заключается в слиянии гелиевого и углеродно-кислородного белых карликов в двойной системе, причем масса получившейся звезды не должна превысить предел Чандрасекара, иначе произойдет термоядерный взрыв. За счет ядерного горения гелия такая звезда вначале превратится в сверхгиганта, а затем — в белого карлика. Второй механизм предполагает, что экстремальные гелиевые звезды являются поздними стадиями эволюции некоторых звезд, покинувших асимптотическую ветвь гигантов и начавших свое превращение в белого карлика. В этом случае ядерное горение гелия в слоях вокруг ядра звезды вызывает быстрое расширение внешних слоев светила и дефицит водорода. 

Группа астрономов во главе с Норбертом Пшибиллой (Norbert Przybilla) из Университета Инсбрука опубликовала результаты анализа данных наблюдений за звездой HD 144941, проведенных при помощи телескопов комплекса VLT, телескопа MPG, космического телескопа IUE и обзоров неба 2MASS и WISE.

HD 144941 была открыта в 1970 году и находится на расстоянии около 5,1 тысячи световых лет от Солнца. Радиус звезды составляет 3,8 радиуса Солнца, она в 8,1 раза массивнее Солнца, а ее эффективная температура оценивается в 22 тысячи кельвинов. Первоначально звезду отнесли к классу экстремальных гелиевых, однако в 1997 году выяснилось, что ее свойства не совсем типичны — HD 144941 демонстрировала необычно высокое содержание водорода, высокую поверхностную гравитацию, металличность сильно ниже солнечной, а также отсутствие продуктов каких-либо ядерных реакций, кроме горения водорода (ожидались продукты CNO-цикла и тройного альфа-процесса). Тем не менее звезду продолжили считать экстремальной гелиевой, предполагая, что она образовалась за счет слияния двух гелиевых белых карликов.

В работе исследователи обнаружили, что HD 144941 на самом деле представляет собой другой тип звезд, чем считалось изначально. Ученые обнаружили сильное продольное магнитное поле у светила со средним значением до девяти килогауссов. Поля могут достигать значения 15 килогауссов, что объясняет наличие пятен на видимой поверхности звезды, которые были замечены в 2018 году. Содержание металлов (элементов тяжелее гелия и водорода), полученное для HD 144941, оказалось примерно в четыре раза больше, чем в прошлых исследованиях. Отмечается также избыток углерода, по сравнению с другими экстремальными гелиевыми звездами, и избыток азота, неона и серы относительно содержания углерода, кислорода и железа.

Ученые пришли к выводу, что HD 144941 является наиболее экзотичным представителем класса богатых гелием звезд, а не экстремальных гелиевых звезд. Такие звезды представляют собой светила спектрального класса B, находящиеся на главной последовательности, у которых в атмосферах наблюдается недостаток водорода и металлов из-за действия звездных ветров. В данном случае звезда уникальна с точки зрения содержания гелия, поскольку почти весь водород в ее атмосфере замещен гелием, и представляет интересную цель для будущих спектрополяриметрических наблюдений с высоким разрешением для исследования ее магнитосферы и  распределения химических элементов в фотосфере звезды.

Ранее мы рассказывали о том, как астрономы нашли редкую массивную магнитную звезду, новую затменную двойную систему и почти 600 новых кандидатов в высокоскоростные звезды.

Александр Войтюк