В астрономията, най-общо казано, има два вида мистериозни обекти: такива, които виждаме и не разбираме, и такива, които предвиждаме теоретично, но не сме сигурни как изглеждат в телескоп.
Това е доста добър ден, когато можете да посочите един клас мистериозни наблюдавани обекти и да кажете, че те също са един от мистериозните теоретично предвидени обекти.
Преди години инфрачервените изследвания на небето показаха особен вид звезда, която беше практически невидима в оптична светлина – вида, който виждаме с очите си – въпреки че свети в инфрачервена светлина. Наблюденията на тези звезди с микровълнов телескоп показаха нещо изненадващо: те бяха много ярки при много специфична дължина на вълната, излъчвана от водните молекули. Всъщност физиката на това как те излъчват тази светлина работи по същия начин, както работи лазерът, макар че тъй като те са били наблюдавани в микровълнови дължини на вълните, ги наричаме водни мазери.
Това означава, че има звезда вътре в гъст облак прах и звездата издухва газ, който взаимодейства с праха, създавайки мазера. Тъй като в разширяващия се газ има водни молекули, тези звезди получиха прякора водни фонтани.
Не е ясно обаче, как се образуват. Наблюденията с висока разделителна способност показват, че част от материала се движи навън с висока скорост – над 100 километра в секунда – вероятно под формата на тесни, фокусирани лъчи от материал, който астрономите наричат джетове. Въпреки това, по-голямата част от материала беше по-бавна, повече от 20 km/sec, и образува нещо като „ поничка“, около звездата, перпендикулярна на струите. Този вид структура се вижда около много умиращи звезди, което е обнадеждаващо; това означава, че част от физиката тук вече е разбрана.
Разбирането е, че имате нужда от доста масивни звезди, обикновено 8 или повече пъти по-големи от масата на Слънцето, близо до края на живота им, за да се създадат условия, необходими за създаване на фонтани за вода. Но това никога не е потвърдено от наблюдения. За да разбере, екипът от астрономи се обръща към телескопа Atacama Large Millimeter/submilimeter Array, или ALMA, в Чили, за да наблюдава 15 водни фонтана, които варират от около 7 000 до 14 000 светлинни години от Земята. ALMA е чувствителен към светлината, излъчвана от молекулите на въглероден оксид (CO), които са много изобилни около умиращи звезди, и може да се използва за проследяване на структурата в близост до звездите, както и за разбиране на някои от техните характеристики.
Това, което откриват е много изненадващо. Както всички елементи, въглеродът и кислородът се определят от броя на протоните в техните ядра, съответно 6 и 8. Но броят на неутроните може да варира – различните атоми като този от един елемент се наричат изотопи. Ако имате различни изотопи на въглерод и кислород в молекула на CO, те ще излъчват светлина при малко различни дължини на вълната и това може да бъде измерено от ALMA.
Това, което астрономите откриват е, че съотношението на изотопите, които са видели, няма смисъл, ако звездите във фонтаните са с голяма маса. Би трябвало да изглеждат като въглеродни звезди – огромни червени гиганти с много по-високо съотношение на въглерод, отколкото кислород в тях – но наблюдаваните звезди от фонтани имат твърде много кислород, за да бъдат въглеродни звезди. Освен това тези звезди ще трябва да загубят огромно количество маса, за да отчетат наблюденията, много повече, отколкото една звезда би могла да изхвърли.
Но ако звездите са с ниска маса, тогава те трябва да са нелепо светещи, за да отчетат емисиите на фонтана. Парадокс! Освен ако… не са единични звезди.
Две звезди в тясна орбита всъщност могат да споделят външните си слоеве, наречени двоична обща обвивка. Това може фундаментално да промени поведението на звездите.
Голяма част от всички звезди в небето са в двоични системи, две звезди, обикалящи една около друга. В някои случаи двете орбити са много близо една до друга, толкова плътно, че си взаимодействат. В крайна сметка една от звездите ще започне да умира и ще се превърне в червен гигант. Поради начина, по който гравитацията работи в двоична система, тя може да се разшири само толкова, преди материалът да започне да тече към другата звезда, събитие, наречено пренос на маса. Това може да накара двете звезди да се сближат още повече, така че външните им слоеве да се слеят, създавайки това, което се нарича общ плик. Те споделят своята атмосфера!
Въпреки че тази ситуация е неизбежна в близки двоични системи, теоретично не се знае много за нея, тъй като условията са много сложни. Известно е, че този етап не продължава дълго – няколко века или дори само няколко десетилетия – защото докато двете звезди си взаимодействат, те могат или да изхвърлят обвивката си при огромна масова загуба, или дори могат буквално да се слеят заедно, превръщайки се в единична звезда.
Виждани са и двата типа събития. Странният и красив V838 Monocerotis се смята, че е резултат от две сливащи се звезди, например. Тези видове неща могат да създадат много прах – дълги молекули от въглеродни вериги – които обгръщат двете звезди.
Също така, по време на този изключително кратък общ етап на обвивка, материалът от умиращата звезда може да падне към придружаващата звезда и да образува въртящ се диск около нея. Това, заедно с магнитните полета, може да фокусира двойни лъчи от материя, които се движат навън с висока скорост и се блъскат в облака прах около тях.
Ако това звучи познато, да, така се образуват фонтаните. Не само това, но като се имат предвид теоретичните модели за това как се образуват двойни системи с обща обвивка и колко дълго издържат, моделите могат да се използват, за да се предскаже колко очакваме да съществуват в галактиката във всеки един момент.
И затова новото изследване е толкова страхотно! То показва, че звездите на фонтана с вода всъщност са с ниска маса, което не беше това, което първоначално се смяташе, и също така, че тези, които виждаме, много вероятно са няколкото обикновени двоични звезди, които предвиждаме да съществуват. Това е доста приличен пробив.
И показва, че има убедителен случай, че някои мистериозни наблюдавани обекти всъщност са едни и същи като мистериозните теоретично предвидени обекти. Това наистина е доста добър резултат.
