Переход супергиганта WOH G64 в жёлтую гипергигантскую звезду

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, демонстрирует, что одна из самых крупных известных звёзд, WOH G64, претерпела значительное изменение в 2014 году, трансформировавшись из красной супергиганта в жёлтую гипергиганту. Это резкое изменение может указывать на возможность скорого взрыва суперновой.

WOH G64 была впервые обнаружена в 1970-х годах и представляет собой интересный объект в Большом Магеллановом Облаке — спутниковой галактике Млечного Пути. Эта звезда не только обладает огромной яркостью, но и является одной из самых больших когда-либо найденных: её радиус в 1540 раз превышает солнечный. Яркость WOH G64 составляет 280 000 раз ярче, чем у Солнца, и она удерживает рекорд по скорости потери массы, превышающей 10^-4 солнечных масс в год, что эквивалентно 30 солнечным массам в год.

В 2024 году WOH G64 стала первой звездой за пределами нашей галактики, детально изображённой с помощью Интерферометра Очень Большого Телескопа. Полученное изображение показало светлый пылевой кокон вокруг центральной гигантской звезды, что подтвердило, что она теряет массу по мере старения.

WOH G64 — молодая звезда, её возраст оценивается в менее 5 миллионов лет. Эта звезда можно назвать рок-звездой: она живёт быстро и умирает молодым. WOH G64 образовалась из огромного облака газа и пыли, которое коллапсировало под собственным весом, пока давление не заставило его зажечься благодаря ядерным реакциям. Как и Солнце, она сжигала водород в своём ядре, а позже, раздувшись, начала сжигать гелий, став красной супергигантской звездой. Красные супергиганты — это массивные, холодные и эволюционировавшие звёзды, чья первоначальная масса составляет от 8 до 30 солнечных масс, представляя собой финальную стадию их эволюции перед взрывом в виде суперновой типа II.

Тем не менее, эволюция и судьба самых ярких красных супергигантов остаются неопределёнными. Редкость ярких красных супергигантов, наличие значительных количеств окружной материи и их неопределённые расстояния затрудняют точное измерение их свойств, что усложняет оценку их стадии эволюции и конечной судьбы.

Наличие ярких и горячих объектов после супергигантов, а также отсутствие ярких красных супергигантов среди предшественников суперновых, подсказывает астрономам о существовании процесса "перехода в синий". С 1980-х годов WOH G64 считается самой экстремальной красной супергигантской звездой в Большом Магеллановом Облаке, учитывая её значительное затемнение, выдающийся размер, яркость и скорость потери массы.

Что же произошло с WOH G64 в 2014 году? Исследование, проведённое Гонсало Муньосом-Санчесом (Афинская обсерватория) и его коллегами, указывает на резкое, но постепенное изменение её видимых характеристик. Оптическая световая кривая WOH G64, охватывающая период с 1992 года до настоящего времени, показывает две чёткие фазы, разделённые переходом в 2014 году. До этого перехода WOH G64 классифицировалась как переменная звезда Mira из-за своей полупериодичности около 850 дней. Последующая фотометрия и спектроскопия выявили резкие изменения в её оптических спектральных характеристиках.

В 2011 году наблюдалось значительное снижение яркости, предшествующее переходу, с характерной петлёй на диаграмме цвет-магнитуда, что указывает на изменения внутренних свойств системы. После этого снижения звезда стала значительно более синей с середины 2013 года по середину 2014 года. Увеличение эффективной температуры более чем на 1000 K объясняет фотометрические вариации на диаграмме цвет-магнитуда в ходе перехода. С 2014 года WOH G64 демонстрировала нерегулярную изменчивость, в том числе снижение на 2 величины за 10 месяцев в 2025 году, достигнув своей минимально наблюдаемой величины.

Исследователи пришли к выводу, что WOH G64 представляет собой редкую массивную бинарную симбиотическую систему, где компонент-супергигант эволюционировал в жёлтую гипергиганту. По мнению астрофизиков, эта радикальная трансформация может быть объяснена либо частичным выбросом псевдосферы во время фазы общей оболочки, либо возвращением в состояние покоя после исключительной вспышки, длившейся более 30 лет.

Важно отметить, что не все супергиганты становятся гипергигантами. Согласно теории, гипергиганты формируются, когда очень большие звёзды быстро сжигают топливо и переходят от сжигания водорода к сжиганию гелия. В ходе этого перехода звёзды начинают терять свои внешние слои, в то время как их ядро сжимается внутрь. Как только звезда становится гипергигантом, она обречена на быструю смерть в результате взрыва суперновой.

В случае WOH G64, большая часть поверхности изначального супергиганта была выброшена, и существует звезда-компаньон, чье существование было подтверждено наблюдением спектра света WOH G64.

Результаты работы Муньос-Санчеса и его команды ставят под сомнение существующие модели эволюции массивных звёзд, подчеркивая ключевую роль бинарных взаимодействий и эпизодических вспышек в судьбе массивных звёзд. WOH G64 предоставляет ценную информацию о поздних стадиях эволюции самых ярких красных супергигантов и тех, которые теряют наибольшее количество массы, а также о продолжающейся проблеме редкости красных супергигантов. Недавние исследования экстремальных красных супергигантов, таких как VY CMa и NML Cyg, выявили потенциальные признаки существования компаньонов, однако механизмы, лежащие в основе их эпизодов потери массы, остаются плохо понятными. Определение того, являются ли экстремальные свойства этих супергигантов результатом внутренних звёздных процессов или бинарных взаимодействий, имеет решающее значение для понимания эволюции этих ярких звёзд. Авторы не могут предсказать будущее WOH G64 из-за неопределённости её физических и орбитальных параметров, а также из-за неизвестности, вызвана ли эволюция системы простой звёздной физикой или бинарными взаимодействиями.

В заключение, Муньос-Санчес и его коллеги утверждают, что недавние наблюдения 2025 года подтверждают их интерпретацию WOH G64 как бинарной системы, но также показывают, что система подвергается переменному краснению из-за пыли. С другой стороны, WOH G64 в настоящее время демонстрирует оптические характеристики, вновь совместимые с красной супергигантской звездой, а не с характеристиками жёлтой гипергиганты, наблюдаемыми между 2016 и 2021 годами. Этот возврат к состоянию красной супергиганты может быть объяснён возвращением оптически плотного ветра и началом новой вспышки в контексте единой звёздной физики. Прогнозирование будущего и повторяемости таких вспышек остаётся неопределённым, поскольку механизм, лежащий в основе этих вспышек, продолжает обсуждаться. В то же время, в рамках холодной оболочки, появление новых признаков холодной звезды может быть объяснено образованием новой расширенной оболочки после выброса внешних слоев во время события 2013-2014 годов. Текущая орбитальная конфигурация определит, будет ли взаимодействие продолжаться, что потенциально может привести к последующим фазам переноса массы или повторным выбросам холодной оболочки, как это наблюдалось во время эпизода 2014 года.

С появлением современных наблюдений, которые постоянно мониторят небо, раннее обнаружение взрывов супернов и последующая быстрая спектроскопия выявили наличие газовых коконов вокруг предшественников супернов типа II. Одна из предложенных объяснений заключается в том, что в течение последнего года перед взрывом происходит крупная вспышка, в то время как другие авторы отдают предпочтение сценарию предсупернового ветра, вызванного пульсациями, происходящими на протяжении десятилетий до взрыва. Однако поведение WOH G64 после перехода не соответствует этому периодическому шаблону, оставаясь стабильным с 2014 по 2019 год, что исключает пульсации пред-SN как механизм, лежащий в основе вспышки. Известно, что будущая супернова будет типа IIP/L, IIb или IIn в зависимости от оставшейся массы оболочки и плотности окружной среды во время коллапса ядра.

Вместо взрыва звезда может претерпеть прямое коллапсирование в чёрную дыру или же объединиться с компаньоном в результате продолжающегося бинарного взаимодействия. Таким образом, WOH G64 предоставляет важные данные о пост-супергигантской эволюции и формировании плотных окружных сред. Непрерывное спектроскопическое и фотометрическое наблюдение WOH G64 будет иметь решающее значение для более точного определения её бинарных свойств, выяснения механизма, лежащего в основе её впечатляющего перехода, и предсказания её окончательной судьбы.

С некоторой удачей, мы можем стать свидетелями смерти WOH G64 в течение нашей жизни, что не только станет захватывающим зрелищем, но и поможет нам лучше понять физические процессы, связанные с суперновыми.