WR 104: Кандидат на сверхновую в Стрельце
WR 104 — молодая звездная система, состоящая из звезды Вольфа-Райе и двух горячих голубых звезд главной последовательности. Система находится примерно в 8400 световых годах от Земли в созвездии Стрельца. Ожидается, что звезда Вольфа-Райе завершит свою жизнь как сверхновая в ближайшие несколько сотен тысяч лет. Когда это произойдет, есть небольшой шанс, что это может вызвать продолжительный гамма-всплеск примерно в направлении Земли.
Звездная система
WR 104 — тройная звездная система, состоящая из тесной двойной пары — звезды Вольфа-Райе и звезды главной последовательности B-типа — и более далекой звезды O-типа. Все три звезды исключительно горячие и яркие.
Звезда Вольфа-Райе имеет массу в 10 раз больше массы Солнца и радиус в 3,29 раза больше солнечного. Она в 40 000 раз ярче Солнца с эффективной температурой около 45 000 К. Звезда имеет звездную классификацию WC9d. «C» указывает на доминирующие линии ионизированного углерода, а суффикс «d» указывает на пыль в спектре звезды.
Инфракрасное изображение звезды Вольфа-Райе WR 104 в искусственных цветах, полученное в обсерватории В. М. Кека. Изображение: NASA
Звезда Вольфа-Райе образует спектрально-двойную пару со звездой главной последовательности спектрального класса B0.5V. Отдельные компоненты не могут быть разрешены даже в самые большие телескопы, потому что физическое расстояние между ними составляет всего около 2,34 астрономических единиц (расстояния Земля-Солнце). На расстоянии 8400 световых лет это соответствует угловому разделению около 1 миллисекунды дуги. Звездам требуется 241,5 дня, чтобы совершить полный оборот по орбите. Их общая видимая величина составляет 13,28.
Спутник имеет массу около 20 масс Солнца и радиус в 10 раз больше солнечного. При температуре поверхности 30 000 К он в 80 000 раз ярче Солнца.
Звезда Вольфа-Райе считается основным компонентом системы. Несмотря на то, что он на 0,3 звездной величины слабее своего близкого спутника в видимой части спектра, он доминирует в спектре системы.
Третий компонент более тусклый, с визуальной величиной 15,36. Это горячая голубая звезда спектрального класса O8V-O5V. Он находится почти в угловой секунде от бинарной пары и считается физически связанным с ней.
WR 104 демонстрирует нерегулярные колебания яркости, вызванные затмениями и другими событиями. Считается, что затмения вызваны не компаньоном, а пылью, образованной из вещества, выброшенного звездой Вольфа-Райе. Они не влияют на компаньона. Звезда Вольфа-Райе демонстрирует почти непрерывную череду затмений, которые иногда происходят одновременно и имеют разную глубину.
Сверхновая
Ожидается, что оба компонента спектроскопической двойной системы встретят свой конец как сверхновые с коллапсом ядра. Ожидается, что звезда Вольфа-Райе погаснет раньше, в ближайшие несколько сотен тысяч лет. Было много споров о том, повлияет ли сверхновая на жизнь на Земле, но слишком много неопределенностей, чтобы сделать точный прогноз.
Ось вращения двойной пары и, возможно, двух ближайших звезд в системе WR 104 указывает примерно в направлении нашей планеты с наклоном от 0 до 16 градусов.
Однако склонность может быть больше. Спектроскопические наблюдения с помощью телескопа Кека показывают, что система может быть отклонена от нас на 30–40°.
Звезды находятся на слишком большом расстоянии, чтобы сами сверхновые могли оказать реальное влияние на биосферу нашей планеты. Однако считается, что звезды Вольфа-Райе с быстро вращающимися ядрами производят длительные гамма-всплески (LGRB), которые излучаются вдоль их осей вращения. Если WR 104 действительно произведет LGRB, это может значительно повлиять на Землю, если наша планета находится в пределах угла раскрытия 12 градусов или меньше от взрыва. И звезда Вольфа-Райе, и ее близкий компаньон могут производить LGRB на основе современных моделей, но все еще слишком много неизвестных параметров, чтобы определить вероятность этого результата. Чтобы произвести LGRB, звезда должна вращаться очень быстро, и неясно, так ли это в случае с WR 104. Были некоторые свидетельства того, что звезды Вольфа-Райе в Млечном Пути могут быть слишком замедлены, чтобы произвести гамма-всплеск.
Эти события в основном наблюдались в галактиках с низкой металличностью, но никогда в Млечном Пути.
Туманность Вертушка
Звезда Вольфа-Райе в системе WR 104 окружена туманностью Вольфа-Райе, протяженной пылевой оболочкой, образованной взаимодействием звездных ветров двух звезд на близкой орбите. Туманность спиральной формы часто называют туманностью Вертушка. Его диаметр составляет более 200 астрономических единиц. Изображение туманности было получено телескопом Кека в апреле 1998 года.
Пыль туманности не образовалась бы вблизи звезды WR, если бы звезда была одиночной из-за ее интенсивного излучения. Однако в двойной системе он образуется при сжатии вещества в области столкновения звездных ветров. Спиральная форма туманности является результатом вращения системы. Это указывает на то, что система кажется почти полярной. Схема истечения туманности позволила астрономам определить период обращения двух звезд, равный 241,5 ± 0,5 дня.
Факты
WR 104 впервые была идентифицирована как двойная система в 1977 г.
М. Коэном и Л. В. Кухи, которые предположили, что компаньон был звездой раннего типа. В 1987 году Уильямс, ван дер Хухт и Те подсчитали, что спутник был на 0,3 звездной величины ярче звезды Вольфа-Райе. В 1999 году Тутхилл провел исследование, в ходе которого были обнаружены дополнительные доказательства наличия спутника с периодом обращения 220 ± 30 дней.
Имя
Обозначение WR 104 происходит от имен французских астрономов Шарля Вольфа и Жоржа Райе, которые первыми открыли три звезды этого класса, теперь известные как WR 134, WR 135 и WR 137, в 1867 году. Вольф и Райе использовали 40-сантиметровый телескоп Фуко в Парижской обсерватории. Расположенные в северном созвездии Лебедя звезды показали очень широкие эмиссионные линии, которые первоначально считались молекулами углеводородов, но теперь связаны с гелием, азотом, углеродом, кремнием и кислородом со слабыми или отсутствующими линиями водорода. Звезды были названы звездами Вольфа-Райе с момента их открытия, но соглашение об именах для этого класса не было принято до 1962, когда был издан четвертый каталог звезд Вольфа-Райе в нашей галактике и звезды были пронумерованы в порядке прямого восхождения.
Несмотря на то, что используемая сегодня схема нумерации отличается, а каталоги включают новые открытия, звезды Вольфа-Райе в Млечном Пути по-прежнему каталогизируются в этом порядке.
Местонахождение
WR 104 находится к северо-западу от астеризма Чайник, в области неба, которая хорошо знакома астрономам, поскольку содержит несколько ярких больших туманностей.
Местоположение WR 104, изображение: Wikisky
Звезда расположена между Трехраздельной туманностью (Мессье 20) и туманностью Лагуна (Мессье 8), к северу от более слабой эмиссионной туманности NGC 6526. Видимая величина 13,28, WR 104 невидим невооруженным глазом и не виден в бинокль. Его можно увидеть только в 6-дюймовые и более крупные телескопы.
M8, M20 и Чайник в Стрельце, изображение: Wikisky
Созвездие
WR 104 находится в созвездии Стрельца. Впервые каталогизирован Клавдием Птолемеем в его Альмагест во 2 веке н.э. Стрелец считается одним из 48 греческих созвездий.
Небесный Лучник простирается на 867 квадратных градусов южного неба и является 15-м по величине из всех 88 созвездий.
Легко узнаваемое по рисунку чайника, это созвездие является популярной целью для любительских телескопов, потому что оно содержит больше объектов Мессье (ярких объектов глубокого космоса, каталогизированных французским астрономом Шарлем Мессье), чем любое другое созвездие. Помимо туманностей Трехраздельная и Лагуна, к ним относятся туманность Омега (Лебедь) (Мессье 17), Малое звездное облако Стрельца (Мессье 24), шаровые скопления Мессье 22, Мессье 28, Мессье 54, Мессье 55, Мессье 69., и Мессье 75, а также рассеянные скопления Мессье 23 и Мессье 25.
Карта созвездия Стрельца, составленная IAU и журналом Sky&Telescope туманность Маленькая жемчужина) и M 1-42 (туманность Глаз Саурона), туманность звездообразования NGC 6559 и карликовую эллиптическую галактику Стрельца, одну из галактик-спутников Млечного Пути.
Стрелец также является домом для многих интересных звезд.
К ним относятся бело-голубой гигант Kaus Australis, самая яркая звезда созвездия, светящаяся голубая переменная, известная как Звезда Пистолета, звезда Вольфа-Райе WR 102ka (Пионовая звезда), две последние среди самых ярких звезд, известных в нашей галактике. , красные сверхгиганты KW Sagittarii и VX Sagittarii, известные своими исключительными размерами, Объект Сакурая (V4334 Sagittarii), звезда, которая, как полагают, родилась заново как красный гигант после короткого периода пребывания в состоянии белого карлика, и ярко-оранжевые гиганты Kaus Media, Kaus Borealis, Alnasl и Tau Sagittarii.
Лучшее время года для наблюдения за звездами и объектами глубокого космоса Стрельца — август, когда созвездие поднимается высоко над горизонтом в вечернем небе. Все созвездие видно из мест между 55 ° северной широты и 90 ° южной широты. Zeta Sgr, величина 2,59), Kaus Media (Delta Sgr, величина 2,70), Kaus Borealis (Lambda Sgr, величина 2,82), Albaldah (Pi Sgr, величина 2,89)), Альнасл (Gamma² Sgr, величина 2,98), Эта Стрельца (величина 3,11), Фи Стрельца (величина 3,17) и Тау Стрельца (величина 3,326).
WR 104
| Spectral class | WC9d + B0.5V + O8V–O5V | |||
| Apparent magnitude | 13.28 (12.7 + 14.6), 15.36 | |||
| Absolute magnitude | -5,4 (-4,8 + -4,6) | |||
| Расстояние | 8 415 ± 391 световых лет (2 580 ± 120 парсеков) | |||
| Parallax | 0,2431 ± 0,0988 MAS | |||
| Правильное движение | RA: 0,161 ± 0,194 MAS/YR | |||
| 1.1.1 | 98181818188 | |||
| 194.1 | ||||
| 1.1.10081 | ||||
| . M ☉ | ||||
| Luminosity | 120,000 L ☉ | |||
| Age | 7 million years | |||
| Constellation | Sagittarius | |||
| Right ascension | 18 h 02 m 04.1238716757 s | |||
| Declination | −23° 37′ 42. 144766363″ | |||
| Names and designations | WR 104, V5097 Sagittarii, V5097 Sgr, CSI-23- 17590, IRAS 17590-2337, 2MASS J18020412-2337419, RAFGL 2048, IRC -20417, ASAS J180205-2337.7, JP11 5559, Ve 2-45, MR 80, MSX6C G006.4432-00.4858, UCAC2 22296214, Gaia DR2 4069167258796371712 |
ВР
| Mass | 10 M ☉ |
| Luminosity | 40,000 L ☉ |
| Radius | 3.29 R ☉ |
| Temperature | 45,000 K |
OB
| Mass | 20 M ☉ |
| Luminosity | 80,000 L ☉ |
| Radius | 10 R ☉ |
| Temperature | 30,000 K |
B
| Luminosity | 68,000 L ☉ |
| Radius | 7. 98 R ☉ |
| Temperature | ≥ 33,000 K |
Tags:Lagoon NebulaMessier 20Messier 8NGC 6526Pinwheel NebulaTrifid NebulaWR 104WR 134WR 135WR 137
supernova – Стоит ли бояться Wolf-Rayet WR-104?
Основываясь на имеющейся ограниченной информации, мы можем попытаться получить некоторые грубые оценки неблагоприятного исхода. Из статьи в Википедии:
Недавние исследования показывают, что эти эффекты представляют «крайне маловероятную» опасность к жизни на Земле, с которой, как заявил австралийский астроном Питер Тутхиллу, звезде Вольфа-Райе, пришлось бы пройти необычайное строка последовательных событий:
- Звезда Вольфа–Райе должна была бы произвести гамма-всплеск (GRB), однако эти события в основном связаны с галактиками с низкая металличность и еще не наблюдались в нашем Млечном Пути Галактика. Некоторые астрономы считают маловероятным, что WR 104 сгенерирует GRB; Тутхилл предварительно оценивает вероятность любого вида события GRB составляет около одного процента, но предупреждает больше исследование необходимо, чтобы быть уверенным.
903:00 - Ось вращения звезды Вольфа-Райе должна быть направлена в сторону нашей планеты. Ось звезды оценивается быть близко к оси двойной орбиты WR 104. Наблюдения спиральный шлейф согласуется с углом полюса орбиты в любом месте от 0 до 16 градусов относительно Земли, а спектрографический наблюдения предполагают значительно большую и, следовательно, меньшую опасный угол 30° – 40° (возможно до 45°). оценки дуги струи «угол раскрытия» в настоящее время колеблется от 2 до 20 градусов. (Примечание: «угол раскрытия» — это общий угловой размах струи, а не угловой размах от оси в одну сторону. Поэтому Земля была бы только находиться на пересекающемся пути, если фактический угол оси звезды относительно Земли составляет менее половины угла раскрытия.) 903:00
- Струя должна достичь достаточно далеко, чтобы нанести ущерб жизни на Земле. Чем уже кажется струя, тем дальше она достигнет, но тем меньше вероятность того, что он упадет на Землю.
Согласно тексту, наше незнание вероятности того, что гамма-всплеск на WR 104 серьезно поставит под угрозу биосферу Земли (назовем его pKill), зависит от следующих факторов:
- гамма-всплеск (назовем его pBurst).
Как указано в ответе @RobertWalker, нынешний химический состав нашей галактики может больше не обеспечивать GBR. Итак, согласно статье в Википедии, профессиональный астроном дает низкое значение этой вероятности, всего 1%, поэтому давайте предположим, что pBurst = 0,01; 903:00 - Учитывая, что произошел гамма-всплеск, наша планета должна находиться на линии огня и получать достаточно высокий уровень радиации. Давайте назовем вероятность того, что это произойдет, pCriticalHit. Попадание будет зависеть от правильного геометрического выравнивания, зависящего как от направления, на которое указывает ось вращения, так и от угла раскрытия луча гамма-излучения. Интенсивность луча должна быть достаточно сильной, чтобы обеспечить «убийство» (сильно разрушить биосферу Земли). Это зависит от энергии всплеска (~5×10⁴⁴ джоулей, согласно (1)), расстояния от Земли до WR 104 (~8400 световых лет) и угла раскрытия. Малый угол апертуры будет фокусировать много энергии на небольшой площади на заданном расстоянии, что значительно ухудшит попадание.
Как указано в ответе @RobertWalker, нынешний химический состав нашей галактики может больше не обеспечивать GBR. Итак, согласно статье в Википедии, профессиональный астроном дает низкое значение этой вероятности, всего 1%, поэтому давайте предположим, что pBurst = 0,01; 903:00
Основным предполагаемым механизмом того, как ГБР угрожают нашей биосфере, является истощение озонового слоя, вызванное образованием большого количества оксидов азота в облученной гамма-лучами атмосфере. Поскольку оксиды азота разрушают озоновый слой, ультрафиолетовые лучи Солнца будут достигать поверхности Земли без фильтрации, делая ее враждебной для жизни, пока оксиды азота не выпадут дождем и озоновый слой не восстановится, что может занять более десяти лет. Нечто подобное даже предлагалось в качестве возможной причины позднеордовинского массового вымирания, произошедшего около 443 миллионов лет назад. Я искал в литературе цифры о том, сколько энергии должен доставить на Землю GBR, чтобы обеспечить значительное разрушение озона.
Имея эту цифру кДж/м², необходимую для разрушения озонового слоя, мы можем начать угадывать случайные значения угла оси вращения и угла раскрытия струи для нашего моделирования методом Монте-Карло. Мы могли бы просто угадывать значения в равномерном распределении, охватывающем допустимый диапазон значений, но я думаю, что мы можем сделать немного лучше.
Что касается угла оси вращения, из текста в Википедии следует, что данные немного противоречивы, с распределением вероятностей, охватывающим диапазон от 0 до 45 градусов с максимальным значением около 30-40 градусов. Поэтому я аппроксимирую это треугольным распределением с пиком в 35 градусов.
Оценки угла раскрытия размещены в диапазоне от 2 до 20 градусов, без указания в тексте на форму распределения вероятностей в этом интервале. Но предложенный в литературе механизм GBR включает коллапс быстро вращающейся звезды, в результате чего сначала коллапсируют полюса.
Исходя из физики этой ситуации, разумно предположить пик, близкий к большему углу раскрытия, так как медленно вращающиеся звезды наверняка превосходят числом быстро вращающихся. Таким образом, мы заканчиваем следующим вероятностным ландшафтом для соответствующих углов:
Учитывая все эти предположения, я запрограммировал симуляцию в Pharo, как показано ниже:
| треугольная крышка генератораПлощадь струиДуга вращенияОсьУгол взрываЭнергетическое расстояниеLy ly2Метра pВзрыв результаты убивает pCriticalHit SimulationRuns |
генератор := Случайный новый.
«Определяет случайный сэмплер из заданного треугольного распределения».
треугольный := [ :lowA :highB :peakC |
| соотношение и |
отношение := пикC - lowA / (highB - lowA).
[
u := генератор следующий.
и < соотношение
если правда: [
lowA + (u * (highB - lowA) * (peakC - lowA)) sqrt]
если ложь: [
высокая B
- (1 - u * (высокий B - низкий A) * (высокий B - пик C)) sqrt ] ] ].
"Рассчитывает площадь сферической шапки.
https://en.wikipedia.org/wiki/Spherical_cap"
capArea := [ :радиус :угол |
2 * Число пи * квадрат радиуса * (1 - угол в градусах Cos) ].
jetArc := треугольное значение: 2 значение: 20 значение: 20.
rotateAxisAngle := треугольное значение: 0 значение: 45 значение: 35.
SimulationRuns := 1e7.
взрывэнергия := 5e44.
расстояниеLy := 8400.
ly2Meters := 9.46e15.
pBurst := 0,01.
результаты := (от 1 до: SimulationRuns) collect: [ :each |
| осьJetAngle |
axisJetAngle := значение jetArc / 2.
значение rotatealAxisAngle <= axisJetAngle
если правда: [
(всплеск энергии
/
(2
*
(capArea
значение: расстояниеLy * ly2Meters
значение: axisJetAngle))) округлено ]
если Ложь: [ 0 ] ].
убивает := результаты выбор: [ :каждый | каждый > = 1e5 ].
pCriticalHit := размер убийств / размер результатов.
Стенограмма
прозрачный;
show: 'Всего запусков:', SimulationRuns asString;
кр;
show: 'Отсутствующие всплески:'
, (результаты select: [ :each | each = 0 ]) size asString;
кр;
показать: 'Пастбищные хиты:'
,
(результаты выбирают: [ :каждый | каждый > 0 и: каждый < 1e5 ]) размер
как строка;
кр;
show: 'Критические попадания:'
, (результаты select: [ :each | each >= 1e5 ]) size asString;
кр;
показать: 'pCriticalHit:'
, (раунд pCriticalHit: 5) asFloat asString;
кр;
показывать:
'Общая вероятность (pBurst * pCriticalHit): '
, (pBurst * pCriticalHit раунд: 5) asString.
pCriticalHit := размер убийств / размер результатов.
Стенограмма
прозрачный;
show: 'Всего запусков:', SimulationRuns asString;
кр;
show: 'Отсутствующие всплески:'
, (результаты select: [ :each | each = 0 ]) size asString;
кр;
показать: 'Пастбищные хиты:'
,
(результаты выбирают: [ :каждый | каждый > 0 и: каждый < 1e5 ]) размер
как строка;
кр;
show: 'Критические попадания:'
, (результаты select: [ :each | each >= 1e5 ]) size asString;
кр;
показать: 'pCriticalHit:'
, (раунд pCriticalHit: 5) asFloat asString;
кр;
показывать:
'Общая вероятность (pBurst * pCriticalHit): '
, (pBurst * pCriticalHit раунд: 5) asString.
Запустив этот код на игровой площадке Pharo, я получил следующие результаты:
Всего запусков: 10000000 Отсутствующие всплески: 9659649 Выпас хитов: 0 Критических попаданий: 340351 pCriticalHit: 0,03404 Общая вероятность (pBurst * pCriticalHit): 0,00034
Итак, эта попытка смоделированной оценки вероятности того, что GBR от WR 104 нанесет ущерб биосфере Земли, дала нам результат около 0,03%.
