Вся правда о смерти красных гигантов
Эволюция Солнца, картинка взята из Википедии на условиях общественного достояния.
На различных платформах есть куча видео, где звезда из красного гиганта резко сбрасывает оболочку и, хлоп, превращается в планетарную туманность, а потом в белый карлик. На самом деле для большинства звёзд низкой массы картина оказываются совсем другая. Вопреки распространенным упрощенным представлениям, переход от стадии красного гиганта к планетарной туманности и белому карлику – многостадийный процесс, занимающий десятки тысячелетий и сопровождающийся интенсивной потерей вещества.
Итак рассмотрим, что будет происходить с Солнцем через много-много лет. Примерно через 5-6 миллиардов лет водород в ядре Солнца полностью выгорит. Термоядерные реакции переместятся в тонкую оболочку вокруг гелиевого ядра. Звезда начнет стремительно расширяться, а ее внешние слои остынут. На этом этапе она перейдет в фазу красного гиганта, а затем, после непродолжительного сжигания гелия, выйдет на асимптотическую ветвь гигантов (АВГ).
Именно на этой стадии начинается самое интересное с точки зрения эволюции массы. Гравитация больше не может удерживать внешние слои, так как давление излучения и турбулентные движения в атмосфере становятся критическими. Звезда начинает интенсивно терять вещество через мощный звездный ветер. Если на современной главной последовательности Солнце ежегодно теряет лишь около 2×10^-14 – 2×10^-14 своей массы, то на вершине АВГ эти потери возрастут на 6–8 порядков, достигая величин порядка 10^-5–10^-4 солнечных масс в год. Это означает, что за тысячу лет Солнце способно сбросить количество вещества, сравнимое с массой Юпитера.
Звезда Мира, является классическим примером такого «сверхветра» – ее атмосфера пульсирует и выбрасывает пылевые оболочки в космос. Вокруг звезда не видно никакой особой «планетарной туманности». Однако на самом деле вещество для неё уже находится в глубоком космосе и пополняется буквально каждых день. Нашему светилу суждено повторить этот путь.
Когда водород и гелий в термоядерных слоях практически выгорают, давление излучения внутри резко падает. Тут-то звезда и начинает резко сжиматься. Без всяких там дополнительных сбросов оболочки. Ибо всё было украдено, то есть сброшено задолго до этого.
Как изменится светимость солнца при сжатии? А не сильно то и изменится. Современные оценки дают падение от 5000 до 3500 современный светимостей(что больше, чем в начале асимптотической фазы). То есть это далеко не холодный белый карлик, а яркая звезда, хотя и очень маленькая звезда с температурой 100 000 K. При такой ситуации, условные Марсиане почувствуют только небольшое уменьшение жары. И уж тем более Земля не превратится в ледяную пустыню, как нам описывают популяризаторы.
При такой температуре Солнце начинает испускать жесткое ультрафиолетовое излучение, которое ионизует ранее сброшенную газовую оболочку. Наступает фаза планетарной туманности. Критически важно, что сама туманность не появляется внезапно. Она уже существовала как медленно расширяющийся звездный ветер за миллионы лет до финального сжатия. Но мы начинаем ее видеть именно сейчас – ультрафиолет подсвечивает газ, заставляя его флуоресцировать в характерных эмиссионных линиях кислорода, водорода и азота.
И вот уже такая звезда начнёт остывать до белого карлика в течении примерно 10 000 лет. Не потому, что она «хлопает», или чего-то выбрасывает. А потому, что в ней закончились лёгкие элементы для термоядерного синтеза. Как только она остынет, туманность постепенно перестанет «подсвечиваться» и погаснет. Но она опять-таки не исчезнет и будет существовать ещё миллионы лет, как существовала и задолго до сжатия красного гиганта.
