Система альфы Центавра - звездные соседи Солнца

Наверное, не будет преувеличением сказать, что из всех известных звезд, альфа Центавра едва ли не самая упоминаемая в художественной литературе и кино. Фантасты, то обыгрывая идею первых межзвездных перелетов, отправляют колонистов к этой ближайшей звезде. То описывают коварные вторжения альфацентавриан уже к нам на Землю.

А что же представляет собой эта система немногим более, чем в 4-х световых годах от нас? В какую сторону смотреть, ожидая визита соседей-инопланетян? К чему готовиться будущим эмигрантам из Солнечной системы, пакуя чемоданы?

16 фото

Созвездие Центавра или Кентавра находится в южном полушарии и жителям средних широт северного полушария практически не видно. А жаль! - Альфа Центавра - третья по яркости звезда ночного земного неба, после видимого у нас Сириуса и ещё одной жемчужины юга - Канопуса.

Альфа Центавра, как и все крупные звезды на небосклоне, имеет свое название, которое не так популярно, как это традиционное астрономическое обозначение.
Зовут нашу героиню - Ригель Кентаурус. В переводе это звучит незамысловато - нога Кентавра (Хирона). - Не спутайте ее с Ригелем, который β Ориона! Ригель - он тоже нога, но это уже другая нога, которая у охотника Ориона.

На некоторых звездных картах можно встретить название Толиман, но оно не слишком распространено, а теперь и вовсе не официальное.

Центавр и Южный Крест — в Атласе звёздного неба Яна Гевелия. 1690 г.
Изображение - зеркальное, обычное для небесных глобусов, показывающее вид небесной сферы «извне».

Альфа Центавра - тройная звездная система. Она представляет собой союз двух близких звезд - α Центавра А и α Центавра В с далекой третьей соседкой - Проксимой Центавра. Соседка сближается с парой в периастре на 4 300 а.е., а в апоастре улетает от нее аж на 13 000 а.е. Период обращения Проксимы - около 550 000 лет.

Если максимальное расстояние на небосклоне между звездами А и В составляет 22 угловые секунды, то между ними и Проксимой - 2,2 градуса!

Проксиму открыли только в 1915 г. и до недавнего времени считалось, что эта звездочка не относится к системе и, что называется, мимо пролетала. Но в 2017 году с уточнением параметров ее орбиты, стало понятно, что А, В и Проксима - единая звездная система. Все компоненты в ней связаны гравитационно.

α Центавра АВ (слева), Проксима Центавра (обведена красным кружочком) и β Центавра - бело-голубой гигант Хадар.

Надо сказать, что тройные и более кратные звездные системы крайне нестабильны. Рано или поздно лишние члены либо сталкиваются, либо вышвыриваются из системы, двумя стабильными компонентами. Почему же все звезды не представляют собой одинарные или двойные системы? Почему нередки тройные (Полярная), квадро (ε Лиры, есть подозрение, что там их пятеро) и даже системы, включающие в себя 6 звезд - Кастор (α Близнецов), Дабих (β Козерога)?

Здесь есть одна хитрость. - Если кратная звездная система имеет иерархическую или уровневую организацию, т.е. стабильные компоненты, пары или одиночки, не мешают друг другу, - то такие системы вполне устойчивы. Стабильным компонентам просто нужно находиться на значительном расстоянии друг от друга. Тогда внутри каждой пары практически не заметно влияние далеких соседей или соседа, и звезды в паре обращаются вокруг друг друга так, как будто это простая двойная система.

Расчеты показали, что удаление на которое нужно развести соседние пары - это как минимум 10-ти кратное расстояние между двумя звездами самих пар. Тогда такая кратная многокомпонентная система, оставаясь единой и гравитационно-связанной, будет жить долго и счастливо, соседи в ней не будут мотать друг другу нервы и спокойно доживут в конце своей эволюции до белых карликов, нейтронных звезд и черных дыр.

Снимок двух самых ярких звезд тройной звездной системы α Центавра в рентгеновском спектре (справа) и снимок этой же системы в видимом свете.

Мы помним, что Проксима приближается к внутренней паре максимум на 4 300 а.е. А на каком же расстоянии находятся сами А и В?
Они вращаются вокруг общего центра масс системы (или барицентра) по эллиптическим орбитам.

(К слову сказать, барицентр Солнечной системы время от времени может выходить за пределы Солнечной поверхности на расстояние примерно в 900 000 километров - 1,3 солнечного радиуса.)

Движение звезд в двойной системе по эллиптическим орбитам вокруг барицентра выглядит приблизительно так:

Давайте, чтоб они не мельтешили перед глазами, зафиксируем неподвижно звезду А и возьмем ее за точку отсчета в местной системе координат. Математически от этого ничего не пострадает, а орбиты примут вполне удобосмотрибельный вид. Звезда В при этом будет обращаться вокруг звезды А также по эллиптической орбите.

Плоскость орбиты Проксимы наклонена к плоскости орбит внутренней пары под углом около 30 градусов (они не компланарны друг другу). Орбита внутренней пары видна нам почти с ребра - 79,2 градуса к экранной плоскости, поэтому похожа на узкий эллипс.
Плоскость орбиты Проксимы видна чуть лучше - под углом 107,6 градусов.

Внутренние звезды А и В сближаются на расстояние 11,4 а.е. и удаляются друг от друга на 35,4 а.е. (немного дальше, чем Нептун от Солнца). Звезда В совершает оборот вокруг А за 79,24 лет. Сейчас В дальше всех от нас из всей троицы, за звездой А.

Тройная система и звездное скопление NGC 5617.

Как видите, Проксиме вполне можно было подойти на 354 а.е. к паре, чтобы система оставалась стабильной, однако она предпочла соблюсти дистанцию с запасом. Так что катаклизмов и разборок между компонентами системы альфа Центавра не должно быть.

α Центавра А и В в оптике и инфракрасном диапазоне. Фото телескопа Хаббл.

Все три звезды системы по астрономической классификации - карлики. А - желтый, В - оранжевый и Проксима - красный.
Две центральные звезды, желтый и оранжевые карлики, очень похожи на наше Солнце, что размерами, что температурой. Различия в параметрах, конечно существуют, но в общем, ничего экстраординарного. У нас и у самих подобное есть, разве что в единственном экземпляре.

Планет у компонентов А и В не обнаружено. Пока.
Предполагаемые планеты могут обращаться как вокруг каждой из звезд А или В, так и вокруг них обеих, имея при этом большие долгопериодичные орбиты.
Надо сказать, что их конечно же пытались искать и ищут до сих пор, но затея эта имеет переменный успех.

16 октября 2012 года астрономы Европейской южной обсерватории объявляют об открытии планеты у оранжевой звезды В. - Четыре года наблюдений, более 450 измерений казалось бы, увенчались успехом! По расчетам планета имела массу, близкую к земной, но располагалась очень близко к звезде - всего в 0,04 а. е. (6 млн. км), не попадая в обитаемую зону. Ее температуру оценивали в 1200-1500 градусов, а период обращения вокруг звезды - в 3,2 дня. Но увы! Планета α Центавра B b (так ее называли) оказалась лишь ошибкой в математических расчетах.

α Центавра А и В над кольцами Сатурна. Фото с аппарата "Кассини".

Проксима Центавра.
Казалось бы, чем может удивить нас эта крохотулька, размером в 14% Солнца? Однако, красные карлики очень любопытный класс звезд.

Несмотря на то, что количество красных карликов в нашей Галактике (по разным данным) оценивают в 70-90% от общего числа звезд, из-за крайне низкой светимости изучение их затруднено. Что говорить, если ближайший красный карлик (Проксиму) открыли только в 1915 году. Звезду Барнарда, тоже красный карлик, четвёртую по близости к Солнцу после звёзд системы альфы Центавра - в 1916 г. (Двадцать из тридцати ближайших к нам звезд - тоже красные карлики.)

Проксима Центавра с телескопа Хаббла.

Однако, основные черты, конечно, выделить можно. Красные карлики - легкие (0,07 - 0,5 масс Солнца), холодные (температура фотосфер - до 3 500 градусов) и тусклые (светимость - до 1/10 000 солнечной) звезды. Но тем не менее, это звезды, ибо в их недрах протекают термоядерные реакции - синтез гелия из водорода.

Если век таких звезд, как Солнце, альфа Центавра А и В составляет около 10 млрд. лет и к концу своей эволюции они, сбросив внешнюю оболочку превратятся в углеродно-кислородные белые карлики, то Проксима может просуществовать ещё около 4 000 млрд. лет, что в 300 раз превышает возраст нынешней Вселенной!

Красные карлики не имеют зоны лучистого переноса, как например, Солнце, и полностью конвективны. То есть, вся энергия от термоядерного синтеза в ядре переносится к поверхности конвективными течениями. Способность полностью перемешивать содержимое приводит к тому, что у красных карликов имеется постоянный доступ ко всему их запасу водорода, что значительно увеличивает их время жизни по сравнению с более массивными звездами, у которых доступ к топливу ограничен только ядрами.

Синтез гелия при низких температурах и малой массе красных карликов идет медленно и водорода хватает на многие триллионы лет жизни звезды. Конечно, когда-то и водороду настанет конец, - тогда красный карлик превратится в остывающий, лишенный ядерных реакций сверхплотный массивный шар - гелиевый белый карлик. Но это случится ещё о-очень не скоро.
(Да-а, отсутствие лишнего веса даже у звезд полезно для здоровья...)

Проксима с 1,3-метрового телескопа в ближнем инфракрасном диапазоне.

Планеты.
Есть у Проксимы планета. Об её открытии было объявлено в начале августа 2016 года Европейской южной обсерваторией и в дальнейшем её существование подтвердилось.

Проксима Центавра b - так назвали планету, имеет массу минимум 1,27 земной и вращается на расстоянии около 7,3 млн километров (0,05 а. е.) от Проксимы с орбитальным периодом около 11,2 земных суток. Несмотря на такое близкое расстояние, из-за слабой светимости звезды планета получает около 65 % света, который Земля получает от Солнца. Температуру* там оценивают где-то около -40 градусов, но при наличии какой-нибудь атмосферы вполне возможно на планете может существовать жидкая вода.

*Имеется в виду теоретическая температура, если рассматривать планету как абсолютно черное тело, нагреваемое только своей звездой. При этом не учитывается наличие атмосферы, разница в нагреве дневной и ночной сторон, приливный разогрев, геотермальная энергия и прочее. Голая теория, в общем.

Казалось бы, Проксима Центавра b попадает в так называемую "обитаемую зону" где есть условия для возникновения жизни на планете. Однако, не всё так просто.

Сравнение орбиты планеты Проксима b и околосолнечной области Солнечной системы.
Звезда Проксима Центавра меньше и холоднее Солнца, но ее планета гораздо ближе к ней, чем Меркурий к Солнцу. - В результате планета оказывается внутри «зоны обитания», в которой на поверхности планеты возможно существование жидкой воды.

Проксима, этот маленький злобный красный карлик, во много раз активнее Солнца. Частые вспышки, порой превосходящие по мощности солнечные в несколько тысяч раз, являются причиной потоков жесткого ультрафиолета и рентгена. (Про вспышки на Солнце можно посмотреть тут )
Звёздный ветер (поток ионизированных частиц) и выбросы плазмы из звездной короны красного карлика тоже порой превосходят солнечные.

Такую катастрофичную вспышку астрономы зарегистрировали на Проксиме в марте 2017 года. Яркость звезды увеличилась на протяжении 10 секунд в 1000 раз. Планета Проксима b должна была получить огромную дозу радиации, ставшей смертельной для какой-либо жизни на планете. А поскольку красные карлики очень неспокойные звезды, велика вероятность того, что вспышки на них в конечном итоге просто сдувают всю атмосферу и гидросферу с каменистых планет. Если таковые на планетах имеются, конечно.

Проксима Центавра
Фото с Британского телескопа Шмидта, Австралия, обсерватория Сайдинг-Спринг

Вот так вот всё печально и неоднозначно с красными карликами. Остается ещё надежда на обнаружение планет у звезд А и В. Система альфы Центавра старше Солнечной на 1,5 млрд. лет и на планетах внутренних звезд возможная жизнь имела в распоряжении долгое время для развития.
А если не развилась, может оно и к лучшему?...

Всё!

P.S.
Еще пара фото альфы Центавра.

Всю левую часть этого снимка занимает α Центавра (снимок с большой выдержкой). Проксима Центавра, не попал в кадр. Однако здесь можно разглядеть много чего интересного, лежащего позади яркой α Центавра.

Планетарная туманность Hen 2-111, расстояние до которой оценивается в 7 800 световых лет. - Газовая оболочка, сброшенная звездой и слабое красноватое внешнее гало занимают в пространстве около 20 световых лет.

Возле правого края находятся два заметных рассеянных звёздных скопления, - небольшой компактное Pismis 19, тоже в 8 000 световых лет от нас и скопление NGC 5617, более рассеянное и близкое.

Остаток сверхновой - ещё одна звездная оболочка, но уже более массивной и взорвавшейся звезды.

Альфа Центавра, снимок с большой выдержкой. Англо-Австралийская обсерватория Сайдинг-Спринг

Вот теперь всё!

Познавательно.

отличный пост, спасибо, ну так для интереса, если до Солнца на нынешние возможном корабле лететь 1 год, до до Проксимы, 40 000 лет)))) вот и думай кто мы в этом мире?

Это сообщение отредактировал Kattu - 6.12.2018 - 16:33

Отличная статья.

ТС-у прилетит щас от Альфы-Центавры! За раскрытие

Песчинки мы. Пыль.

А чего тут думать? Лучше о своём мире думать.

Мы даже меньше бактерий в границах своей системы, а тут четыре световых года. Красиво конечно, есть куда стремиться

Это сообщение отредактировал автандил - 6.12.2018 - 16:38

привет АльфаЦентаврики ))