Звёзды Хербига Ae/Be (Herbig Ae/Be stars, далее — HAeBe) — это молодые звёзды промежуточной массы (примерно от 2 до 8 масс Солнца), находящиеся на стадии предглавной последовательности (pre-main sequence, PMS). Они названы в честь американского астронома Джорджа Хербига, который в 1960-х годах выделил их как отдельный класс объектов. Эти звёзды представляют собой важный этап эволюции звёзд, связывающий процессы звездообразования с формированием планетных систем. Их изучение помогает понять, как формируются звёзды средней и высокой массы, а также их окружение, включая протопланетные диски.
Основные характеристики звёзд Хербига Ae/Be
- Масса и спектральный класс:
- HAeBe имеют массы от ~2 до ~8 M⊙ (массы Солнца).
- Их спектральные классы обычно находятся в диапазоне от B до F, чаще всего это звёзды типов A и B (иногда ранние F).
- Температуры поверхности составляют от ~6500 до ~15000 K, что делает их значительно горячее Солнца.
- Возраст:
- Эти звёзды очень молоды, их возраст обычно составляет менее 10 миллионов лет.
- Они находятся на стадии, когда ещё не начали устойчивого горения водорода в ядре (предглавная последовательность), но уже близки к этому этапу.
- Яркость и переменность:
- HAeBe обладают высокой светимостью (от десятков до тысяч L⊙, светимостей Солнца).
- Они демонстрируют переменность блеска, связанную с нестабильностью аккреции, вращением звезды, изменениями в окружающем диске или экранированием излучения пылью.
- Окружение:
- HAeBe окружены протопланетными дисками из газа и пыли, которые являются остатками вещества, из которого они сформировались.
- Часто наблюдаются оттоки вещества в виде джетов или звёздного ветра, а также аккреционные потоки.
- Вокруг некоторых звёзд обнаруживаются кометоподобные структуры или остатки оболочек, выброшенных на ранних стадиях.
Физические процессы
- Аккреция:
- HAeBe активно аккрецируют материал из окружающего диска. Скорость аккреции варьируется от 10⁻⁹ до 10⁻⁶ M⊙ в год.
- Аккреция происходит через магнитосферу (для звёзд с сильными магнитными полями) или через пограничный слой (для звёзд с более слабой магнитной активностью).
- Этот процесс сопровождается выделением энергии, что приводит к избыточному ультрафиолетовому и рентгеновскому излучению.
- Магнитные поля:
- Некоторые HAeBe обладают магнитными полями, которые играют роль в управлении аккрецией и формировании джетов.
- Однако, в отличие от звёзд типа T Тельца (низкой массы), магнитные поля HAeBe менее изучены, и их структура может быть сложнее.
- Протопланетные диски:
- Диски вокруг HAeBe содержат газ и пыль, из которых могут формироваться планеты.
- Эти диски излучают в инфракрасном диапазоне из-за нагрева пыли звёздным излучением.
- Наблюдаются структуры в дисках, такие как кольца, спирали и зазоры, которые могут указывать на формирование планет.
- Джеты и оттоки:
- HAeBe часто выбрасывают высокоскоростные потоки вещества (джеты) или более медленные звёздные ветры.
- Эти процессы связаны с аккрецией: часть углового момента удаляется из системы через выбросы.
- Джеты могут быть видны в оптических или радиодиапазонах, например, в линиях [O I] или Hα.
Спектральные особенности
- Эмиссионные линии:
- Спектры HAeBe характеризуются сильными эмиссионными линиями, такими как Hα, Hβ, Ca II, O I, Fe II и др.
- Эти линии возникают в аккреционных потоках, джетах или в горячих областях диска.
- Инфракрасный избыток:
- HAeBe показывают избыточное инфракрасное излучение, вызванное тепловым излучением пыли в протопланетном диске.
- Этот избыток используется для классификации звёзд и оценки свойств их дисков.
- Ультрафиолетовое излучение:
- Благодаря высокой температуре поверхности, HAeBe излучают значительное количество ультрафиолетового света, что влияет на химию их дисков и окружающей среды.
Эволюция звёзд Хербига Ae/Be
- Формирование:
- HAeBe образуются из массивных молекулярных облаков в результате гравитационного коллапса.
- На ранних стадиях они скрыты в плотных пылевых коконах и могут быть видны только в инфракрасном или радиодиапазоне.
- Стадия предглавной последовательности:
- На этой стадии звезда продолжает аккрецировать материал и постепенно нагревается.
- Протопланетный диск рассеивается из-за фотоиспарения, звёздного ветра и формирования планет.
- Переход к главной последовательности:
- Когда аккреция практически прекращается, и звезда начинает устойчиво синтезировать водород в ядре, она достигает главной последовательности.
- HAeBe превращаются в звёзды типов A или B главной последовательности, такие как Сириус или Вега.
Классификация и подгруппы
HAeBe делятся на две основные подгруппы в зависимости от спектральных характеристик и массы:
- Herbig Ae:
- Массы ~2–4 M⊙.
- Спектральные классы A или поздние B.
- Более похожи на звёзды типа T Тельца, с сильной аккреционной активностью и магнитными полями.
- Herbig Be:
- Массы ~4–8 M⊙.
- Спектральные классы B.
- Менее активны в плане магнитной аккреции, так как их сильное излучение быстрее рассеивает диск.
Также иногда выделяют промежуточные объекты или звёзды с переходными характеристиками.
Наблюдения и методы исследования
- Оптическая спектроскопия:
- Используется для анализа эмиссионных линий и изучения аккреции, джетов и звёздного ветра.
- Примеры инструментов: VLT/ESPRESSO, Keck/HIRES.
- Инфракрасные наблюдения:
- Телескопы, такие как Spitzer, JWST или ALMA, позволяют изучать протопланетные диски и их структуры.
- Инфракрасный избыток помогает определить массу и размеры диска.
- Радионаблюдения:
- ALMA и VLA используются для изучения газовых компонентов дисков и джетов.
- Радиоизлучение помогает измерять магнитные поля и скорости потоков.
- Рентгеновские наблюдения:
- Телескопы, такие как Chandra и XMM-Newton, регистрируют рентгеновское излучение, связанное с аккрецией и магнитной активностью.
- Интерферометрия:
- Очень длиннобазовая интерферометрия (VLTI, CHARA) позволяет разрешать диски и внутренние области звёзд на масштабах нескольких астрономических единиц.
Известные примеры звёзд Хербига Ae/Be
- AB Возничего (AB Aurigae):
- Одна из самых изученных звёзд типа Herbig Ae (~2.4 M⊙).
- Имеет хорошо наблюдаемый протопланетный диск со спиральными структурами, которые могут указывать на формирование планет.
- HD 100546:
- Звезда типа Herbig Be с массивным диском, в котором обнаружены кандидаты в протопланеты.
- MWC 480:
- Звезда типа Herbig Ae с диском, богатым органическими молекулами, что важно для изучения химии планетообразования.
Значение для астрономии
- Звездообразование:
- HAeBe заполняют пробел между звёздами низкой массы (T Тельца) и массивными звёздами (O и ранние B).
- Их изучение помогает понять, как масса звезды влияет на процессы аккреции и формирования окружения.
- Формирование планет:
- Протопланетные диски вокруг HAeBe являются лабораториями для изучения процессов, ведущих к образованию планет.
- Наблюдения с ALMA и JWST показывают структуры, которые могут быть следами молодых планет.
- Химическая эволюция:
- HAeBe влияют на химический состав окружающего газа и пыли через ультрафиолетовое излучение и звёздные ветры.
- Это важно для понимания, какие молекулы могут быть унаследованы планетами.
Проблемы и открытые вопросы
- Механизмы аккреции:
- Не до конца ясно, как аккреция происходит у более массивных звёзд (Herbig Be), где излучение может препятствовать падению материала.
- Магнитные поля:
- Роль магнитных полей в эволюции HAeBe остаётся недостаточно изученной, особенно для звёзд типа Be.
- Эволюция дисков:
- Вопрос о том, как быстро диски рассеиваются и как это связано с формированием планет, остаётся открытым.
- Переход к главной последовательности:
- Точный момент, когда HAeBe становятся звёздами главной последовательности, и факторы, влияющие на этот процесс, требуют дальнейших исследований.
Заключение
Звёзды Хербига Ae/Be — это ключевые объекты для понимания звездообразования и формирования планетных систем. Их молодость, активные физические процессы и богатое окружение делают их идеальными для наблюдений с помощью современных телескопов, таких как JWST и ALMA. Изучение этих звёзд продолжает раскрывать новые аспекты эволюции звёзд средней массы, а также даёт подсказки о том, как могли формироваться планеты в нашей собственной Солнечной системе.
|
