Крупный телескоп-интерферометр ALMA позволил получить снимок спиральной структуры, окружающей старую звезду R Скульптора, находящуюся на грани смерти. Это красный гигант – последняя фаза звезды, после которой она если и останется формально звездой, но будет иметь принципиально другие свойства. Звезда относится к ветви AGB. Изначально такие массы были похожи на Солнце, имея от 0.8 до 8 его массы. В конце жизненного пути они становятся гигантами с относительно низкой температурой и очень быстро теряют массу из-за мощного солнечного ветра. Внутри звезды находится крохотное ядро, состоящее из кислорода и углерода, а в расширившейся атмосфере происходит термоядерный синтез, расходующий остатки водорода и гелия. Именно такая судьба ожидает Солнце. Самый внешний слой – оболочка, в которое синтез не идет. Она состоит из газа и пыли, излучающих в дальнем инфракрасном и миллиметровом диапазонах. Наблюдение на этих длинах волн позволяет хорошо исследовать оболочки и оценить мощь солнечного ветра, берущего из них начало. Особенно в этой работе хорош новый телескоп ALMA, пока что строящийся и находящийся на предварительном научном этапе работы. Его разрешение при изучении звезды составило 0.1 угловой секунды, а также для спиральной структуры также было получено трехмерное изображение. Заметим, что похожее образование было ранее обнаружено около звезды LL Пегаса, но при этом использовался телескоп Хаббл, разрешающая способность которого намного ниже. Также орбитальный телескоп не позволил составить представление о трехмерной картине структуры.

Единственное объяснение, которое удается предположить для странного образования – другая звезда, обращающаяся вокруг умирающего гиганта. Это объяснение берет свое начало от планетарных туманностей. Именно они являются результатом смерти такой звезды. Сбросив оболочку, она нагревает свои разлетающиеся остатки. Они могут иметь причудливые формы и являются, по существу, самыми разнообразными и непредсказуемыми объектами во Вселенной. То, что оказывается внутри расширяющейся оболочки планетарно туманности, оказывает на нее активное влияние. Это могут быть магнитные поля, аккреционные диски около звезд, и, конечно же, двойные системы. Вместо того, чтобы относительно равномерно разлетаться во все стороны, газ, беспокоимый неустанным вращением второй звезды около своего погибшего собрата, образует причудливые узоры. В случае R Скульптора этот процесс будет наблюдаться в полной мере, и раньше, чем для других звезд. Кроме описанных выше результатов, было обнаружено, что скорость сброса материи внешними слоями умирающей звезды выше средней. Вообще, подобные красные гиганты – важнейшие поставщики материи во Вселенную. Выбрасывая огромное количество созданной в ходе термоядерного синтеза материи, они предоставляют строительный материал для звезд, планет и, в конце концов, жизни на них.

«Мы прежде уже наблюдали газовые оболочки вокруг звезд этого типа, но сейчас мы впервые увидели наряду с окружающей звезду оболочкой спиральную структуру из вещества, которое теряет звезда», – говорит первый автор публикации исследования Маттиас Меркер, сотрудник Европейской южной обсерватории и Института астрономии Университета Бонна. Не менее важной частью работы стала демонстрация возможностей нового телескопа. Звезда R Скульптора уже неоднократно наблюдалась, и было установлено существование около нее сферической оболочки, однако ни о каких спиральных структурах в ней говорить не приходилось. «Во время наших наблюдений R Скульптора при помощи телескопа ALMA еще не была установлена даже половина общего числа ее антенн. Дух захватывает, если представить, на что будет способен этот интерферометр ALMA, когда в 2013 году все ее элементы введут в строй», – говорит соавтор работы Вутер Влеммингс, сотрудник Технологического университета в Швеции.

Кроме сброса значительных объемов материи в виде мощного звездного ветра, звезды типа R Скульптора становятся переменными. Время от времени в их оболочке начинается взрывной процесс горения гелия. Это быстро увеличивает выделяемую энергии, а вслед за ней – яркость звезды и интенсивность солнечного ветра. После завершения горения яркость и солнечный ветер возвращаются к начальному значению. Периодичность таких пульсаций – 10-50 тысяч лет, продолжительность одного такого импульса – лишь несколько сотен лет. В случае R Скульптора последний выброс энергии произошел примерно 1800 лет назад и продолжался около 200 лет. Во время этого процесса, усилившего солнечный ветер, спутник R Скульптора не терял время, вычерчивая в его газовой оболочке спираль.

«Мы использовали разрешение ALMA, чтобы увидеть мелкие детали, и теперь, изучив механизм образования оболочки и спиральной структуры, мы намного лучше понимаем, что происходит со звездой до, во время и после теплового импульса, – говорит  Меркер. – Мы всегда рассчитывали, что ALMA даст нам новый взгляд на Вселенную, но открывать неожиданные и новые вещи уже теперь, в одном из самых первых наблюдательных сеансов – это действительно здорово». Разумеется, только на основе наблюдений не удалость бы убедительно показать, что причиной спиральной структуры является другая звезда. Поэтому была разработана модель, включающая две звезды – раздувшегося красного гиганта небольшой звезды, ее компаньона. Расстояние между ними было принято в 60 астрономически единиц, суммарная масса двойной системы – двойная солнечная, период обращения вокруг общего центра масс – 350 лет. Результаты моделирования сравнивались с новыми наблюдательными данными, что позволило утверждать адекватность процесса в случае близости результата. «Теоретическое описание всех деталей, наблюдаемых при помощи  ALMA, представляет собой крайне трудную и увлекательную задачу, но наши компьютерные модели показывают, что мы на верном пути. ALMA дает нам новое понимание того, что происходит с этими звездами и что может случиться с Солнцем через несколько миллиардов лет», – соавтор работы говорит Шазрен Мохамед, сотрудник Института астрономии Университета Бонна. «В скором будущем наблюдения звезд вроде R Скульптора с ALMA помогут нам понять, каким образом химические элементы, из которых мы состоим, достигли таких мест, как Земля. И эти наблюдения дают нам представление о том, как может выглядеть далекое будущее нашей собственной звезды», – заключает Меркер.