Жовтий гіпергігант

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Основні типи змінних зір на діаграмі Герцшпрунга—Рассела. Жовті гіпергіганти розташовані над (тобто яскравіші) жовтими надгігантами та смугою нестабільності цефеїд.

Жовтий гіпергігант — це масивна зоря з розширеною атмосферою, спектральних класів від пізнього A до раннього K. Початкова маса таких зір була 20-50 мас Сонця, але у процесі еволюції вони втратили до половини маси[1]. Жовті гіпергіганти є одними з найбільш оптично-яскравих зір, з абсолютною зоряною величиною (MV) бл. −9, але також і одними з найбільш рідкісних — на цей час у нашій галактиці виявлено лише з десяток. Їх деколи називають холодними гіпергігантами у порівнянні з зорями спектральних класів від O до B, а деколи — гарячими гіпергігантами при порівнянні з червоними надгігантами[2][3].

Класифікація[ред. | ред. код]

Хоча деякі з жовтих гіпергігантів, видимих неозброєним оком, давно вважались цікавими зорями, сам термін «жовті гіпергіганти» має відносно недавнє походження. Термін «гіпергігант» використовувався з 1929 року, але не для зір, які ним позначають зараз. Клас світності 0 визначався як продовження спектральних класів світності, запропонованих Морганом та Кінаном, для світності, вищої за яскравий надгігант (Ia). Таке визначення було створено для врахування зорі класу M VV Цефея.[4] У 1979 році назву «гіпергігант» було запропоновано використовувати для окремих дуже яскравих гарячих зір, які досить швидко втрачали масу[5]. До більш схожих більш холодних зір термін не застосовувався до 1991, коли Ро Кассіопеї чітко назвали жовтим гіпергігантом[6]. Як окремий клас зір жовті гіпергіганти обговорювались на семінарі 1992 року «Solar physics and astrophysics at interferometric resolution»[7].

В цілому термін гіпергігант частково формалізований, але все ще не дуже чіткий. Часто до нього відносять зоря з яскравістю 0, але також використовують і альтернативи — Ia-0 та Ia+[8]. Яскравість визначається за різними спектральними характеристиками, які чутливі до поверхневої гравітації, наприклад шириною лінії Hβ у спектрі гарячих зір або величиною розриву Бальмера у холодних зорях. Нижча поверхнева гравітація вказує на більшу зорю, а отже на вищу яскравість.[9] Для більш холодних зір, ширина таких ліній як OI на 777,4 нанометрах може бути прямо пов'язана з яскравістю зорі[10].

Одним з піходів, який точно визначає належність зорі до жовтих гіпергігантів, є критерій Кінана-Смолінські: лінії поглинання повинні були сильно розширеними, більше ніж максимум для яскравих надгігантів, тобто вказувати на сильну втрату маси, та має бути наявний принаймні один розширений компонент Hα. Лінії Hα у жовтих гіпергігантах мають складні профілі — часто (але не завжди) сильна емісія супроводжується компонентами поглинання[11].

Характеристики[ред. | ред. код]

Художнє зображення жовтого гіпергіганта HR 5171.

На діаграмі Герцшпрунга—Рассела жовті гіпергіганти розташовані над смугою нестабільності, в регіоні, де перебуває відносно небагато зір і більшість з яких нестабільна. Їх спектральні класи перебувають в межах ~A0-K0, а температури — ~4 000-8 000K. Ділянка жовтих гіпергігантів обмежена зі сторони високих температур т.зв. «жовтим еволюційним провалом» (англ. Yellow Evolutionary Void), в якому зорі такої яскравості стають надзвичайно нестабільними та втрачають багато маси. Цей провал чітко відділяє жовтих гіпергігантів від яскравих блакитних змінних. На нижчому значенні температурного діапазону жовті гіпергіганти та червоні надгіганти розділені не так чітко; наприклад, RW Цефея (4 500K, 555 000 L) має характеристики обох цих типів зір.

Жовтні гіпергіганти мають яскравість між 300 000 L (напр. V382 Кіля — 316 000 L) та лімітом Гампфрі-Девідсона у ~600 000 L. Максимум їхньої світності припадає на середину видимого діапазону, тому вони є дуже яскравими зорями видимого діапазону з зоряними величинами бл. −9 чи −10.

Це великі та дещо нестабільні зорі з дуже низькою поверхневою гравітацією. Там де, жовті надгіганти мають поверхневу гравітацію (log g) трохи нижче 2, жовті гіпергіганти мають log g бл. 0, деколи навіть від'ємну. Крім того, вони нерегулярно пульсують, з невеликими змінами у температурі та яскравості. Наслідком є високі коефіцієнти втрати маси і вони часто оточені туманностями[12]. Час від часу трапляються більші викиди речовини, які можуть тимчасово затемнити зорю[13].

Маса таких зір становить більше M, але можливо існує верхній ліміт маси жовтих гіпергігантів, оскільки найбільш масивні з виявлених не перевищують 70 M.

За хімічним складом, більшість жовтих гіпергігантів мають підвищений поверхневий вміст азоту, натрію та деяких важчих елементів. Вуглець та оксиген вироджені, а гелій підвищений, що очікується від зорі після головної послідовності.

Еволюція[ред. | ред. код]

Вважається, що жовті гіпергіганти є зорями після головної послідовності, які виснажили водень у ядрі. При цьому більшість з них є зорями на стадії після червоного надгіганта, що еволюціонують у блакитному напрямку[14], а більш стабільна та менш яскрава меншість навпаки вперше еволюціонує у стадію червоних надгігантів. Однак існують досить сильні докази хімічного складу та поверхневої гравітації, що найбільш яскравий з жовтих гіпергігантів — зоря HD 33579, зараз еволюціонує з блакитного надгіганта у червоний[15].

Рідкісність цих зір має дві причини — вони розвиваються з масивних, гарячих зір головної послідовності спектрального класу O та масою більше 15 мас Сонця, та проводять всього декілька тисяч років у фазі нестабільного «жовтого провалу». Простими моделями зоряної еволюції важко пояснити навіть незначну кількість жовтих гіпергігантів, яку є можливість спостерігати, у порівнянні з червоними надгігантами схожої світності. Найбільш яскраві з червоних надгігантів можуть проходити через багаторазові «блакитні петлі», коли вони скидають більшість своєї атмосфери, але не досягають фази блакитного надгіганта; кожна з таких «петель» триває максимум кілька десятків років. І навпаки, деякі на вигляд жовті гіпергіганти можуть бути гарячішими зорями, як от «відсутні» яскраві блакитні змінні, захованими за холодною псевдо-фотосферою[14].

Останні відкриття блакитних надгігантів-кандидатів у наднові також викликали і питання, чи можуть зорі вибухати, перебуваючи на стадії жовтого гіпергіганта[16]. Були відкриті декілька жовтих надгігантів — кандидатів у наднові, але всі вони мають відносно малу масу та світність, щоб бути гіпергігантами[17][18]. SN 2013cu — наднова типу IIb, чию зорю-попередник спостерігали прямо та чітко. Вона була розвиненою зорею з температурою ~8 000K, яка демонструвала екстремальну втрату маси — речовини з високим вмістом гелію та азоту. І хоча її яскравість до вибуху не відома, такі характеристики мають лише яскраві блакитні змінні в період спалахів або жовті гіпергіганти[19].

Сучасні моделі припускають, що зорі певного діапазону мас та швидкостей обертання можуть вибухати надновими без повторного переходу у стадію блакитних надгігантів, але багато з них врешті-решт подолають «жовтий провал» та стануть після цього яскравими блакитними змінними низької маси та світності, а потім і зорями Вольфа—Райє[20]. Тобто більш масивні зорі з досить високим коефіцієнтом втрати маси через обертання або високу металічність через стадію жовтих гіпергігантів еволюціонують до вищих температур, а пізніше до колапсу ядра[21].

Будова[ред. | ред. код]

Ро Кассіопеї, один з найближчих та найкраще досліджених жовтих гіпергігантів.

Згідно з сучасними фізичними моделями будови зір, жовтий гіпергігант повинен мати конвективне ядро, оточене зоною випромінення, що є протилежним до зір сонячного розміру, які мають випромінююче ядро, оточене конвективною зоною[22]. Через свою дуже високу яскравість та внутрішню будову,[23] такі гіпергіганти мають високі коефіцієнти втрати маси[24] та як правило оточені оболонками викинутої речовини. Фотогенічний приклад такої туманності можна побачити довкола зорі IRAS 17163-3907 (його називають «Яєчня»), яка викинула речовини масою декілька мас Сонця лише за декілька сотень років[25].

Жовтий гіпергігант вважається очікуваною стадією розвитку зорі на шляху від дуже яскравого червоного надгіганта в блакитному напрямку. Але він може бути і зорею іншого типу, а саме: під час спалахів, яскраві блакитні змінні мають такі сильні зоряні вітри, що вони формують псевдо-фотосферу, яка видається більшою холоднішою зорею, а за нею ховається практично незмінений блакитний надгігант. Такі зорі за спостереженнями мають дуже вузький діапазон температур бл. 8 000 K. В момент стрибка бістабільності (англ. bistability jump), який відбувається при температурах бл. 21 000 K, зоряний вітер блакитного надгіганту стає щільнішим у декілька разів і може мати наслідком ще більш холодну псевдо-фотосферу. На ділянці яскравості, трохи нижче місця, де стрибок бістабільності перетинає смугу нестабільності S Золотої Риби (не плутати з смугою нестабільності цефеїд) не спостерігається яскравих блакитних змінних, за висунутою теорією вони там існують, але маскуються за псевдо-фотосферами у жовті гіпергіганти[26].

Відомі жовті гіпергіганти[ред. | ред. код]

На фото IRAS 17163-3907 чітко видно викинуту речовину, яка ймовірно оточує всі жовті гіпергіганти
Жовтий гіпергігант HR 5171 A — яскрава жовта зоря в центрі фото

У нашій галактиці:

В інших галактиках:

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. Gesicki, K. (1992). A Modelling of Circumstellar BAII Lines for the Hypergiant Rho-Cassiopeiae. Astronomy and Astrophysics 254: 280. Bibcode:1992A&A...254..280G. 
  2. Lobel, A.; De Jager, K.; Nieuwenhuijzen, H. (2013). Long-term Spectroscopic Monitoring of Cool Hypergiants HR 8752, IRC+10420, and 6 Cas near the Yellow Evolutionary Void. 370 Years of Astronomy in Utrecht. Proceedings of a conference held 2–5 April 470: 167. Bibcode:2013ASPC..470..167L. 
  3. Humphreys, Roberta M.; Davidson, Kris; Grammer, Skyler; Kneeland, Nathan; Martin, John C.; Weis, Kerstin; Burggraf, Birgitta (2013). «Luminous and Variable Stars in M31 and M33. I. The Warm Hypergiants and Post-Red Supergiant Evolution». arXiv:1305.6051v1 [astro-ph.SR]. 
  4. Keenan, Philip C. (1942). Luminosities of the M-Type Variables of Small Range. Astrophysical Journal 95: 461. Bibcode:1942ApJ....95..461K. doi:10.1086/144418. 
  5. Llorente De Andres, F.; Lamers, H. J. G. L. M.; Muller, E. A. (1979). Line Blocking in the Near Ultraviolet Spectrum of Early-Type Stars - Part Two - the Dependence on Spectral Type and Luminosity for Normal Stars. Astronomy and Astrophysics Supplement 38: 367. Bibcode:1979A&AS...38..367L. 
  6. Zsoldos, E.; Percy, J. R. (1991). Photometry of yellow semiregular variables - Rho Cassiopeiae. Astronomy and Astrophysics (ISSN 0004-6361) 246: 441. Bibcode:1991A&A...246..441Z. 
  7. De Jager, Cornelis; Nieuwenhuijzen, Hans (1992). Yellow hypergiant interferometry: A clue to understanding evolutionary instability. In ESA 344: 109. Bibcode:1992ESASP.344..109D. 
  8. Achmad, L.; Lamers, H. J. G. L. M.; Nieuwenhuijzen, H.; Van Genderen, A. M. (1992). A photometric study of the G0-4 Ia(+) hypergiant HD 96918 (V382 Carinae). Astronomy and Astrophysics (ISSN 0004-6361) 259: 600. Bibcode:1992A&A...259..600A. 
  9. Napiwotzki, R.; Schoenberner, D.; Wenske, V. (1993). On the determination of effective temperature and surface gravity of B, A, and F stars using Stromgren UVBY beta photometry. Astronomy and Astrophysics (ISSN 0004-6361) 268: 653. Bibcode:1993A&A...268..653N. 
  10. Arellano Ferro, A.; Giridhar, S.; Rojo Arellano, E. (2003). A Revised Calibration of the MV-W(O I 7774) Relationship using Hipparcos Data: Its Application to Cepheids and Evolved Stars. Revista Mexicana de Astronomía y Astrofísica Vol. 39 39: 3. Bibcode:2003RMxAA..39....3A. 
  11. а б в г д De Jager, C. (1998). The yellow hypergiants. Astronomy and Astrophysics Review 8 (3): 145–180. Bibcode:1998A&ARv...8..145D. doi:10.1007/s001590050009. 
  12. Lobel, A; Israelian, G; de Jager, C; Musaev, F; Parker, J. W.; Mavrogiorgou, A (1998). The spectral variability of the cool hypergiant rho Cassiopeiae. Astronomy and Astrophysic 330: 659–675. Bibcode:1998A&A...330..659L. Lobel, A.; Israelian, G.; De Jager, C.; Musaev, F.; Parker, J. Wm.; Mavrogiorgou, A. (1998). The spectral variability of the cool hypergiant rho Cassiopeiae. Astronomy and Astrophysics 330: 659. Bibcode:1998A&A...330..659L. 
  13. Lobel; Stefanik; Torres; Davis; Ilyin; Rosenbush (2003). Spectroscopy of the Millennium Outburst and Recent Variability of the Yellow Hypergiant Rho Cassiopeiae. Stars as suns : activity 219: 903. Bibcode:2004IAUS..219..903L.  Проігноровано невідомий параметр |class= (довідка)
  14. а б Stothers, R. B.; Chin, C. W. (2001). Yellow Hypergiants as Dynamically Unstable Post–Red Supergiant Stars. The Astrophysical Journal 560 (2): 934. Bibcode:2001ApJ...560..934S. doi:10.1086/322438. 
  15. Nieuwenhuijzen, H; de Jager, C (2000). Checking the yellow evolutionary void. Three evolutionary critical Hypergiants: HD 33579, HR 8752 & IRC +10420. Astronomy and Astrophysic 353: 163–176.  та Nieuwenhuijzen, H.; De Jager, C. (2000). Checking the yellow evolutionary void. Three evolutionary critical Hypergiants: HD 33579, HR 8752 & IRC +10420. Astronomy and Astrophysics 353: 163. Bibcode:2000A&A...353..163N. 
  16. Langer, N.; Norman, C. A.; De Koter, A.; Vink, J. S.; Cantiello, M.; Yoon, S. -C. (2007). Pair creation supernovae at low and high redshift. Astronomy and Astrophysics 475 (2): L19. Bibcode:2007A&A...475L..19L. arXiv:0708.1970. doi:10.1051/0004-6361:20078482. 
  17. Georgy, C. (2012). Yellow supergiants as supernova progenitors: An indication of strong mass loss for red supergiants?. Astronomy & Astrophysics 538: L8–L2. Bibcode:2012A&A...538L...8G. arXiv:1111.7003. doi:10.1051/0004-6361/201118372. 
  18. Maund, J. R.; Fraser, M.; Ergon, M.; Pastorello, A.; Smartt, S. J.; Sollerman, J.; Benetti, S.; Botticella, M. -T.; Bufano, F.; Danziger, I. J.; Kotak, R.; Magill, L.; Stephens, A. W.; Valenti, S. (2011). The Yellow Supergiant Progenitor of the Type II Supernova 2011dh in M51. The Astrophysical Journal 739 (2): L37. Bibcode:2011ApJ...739L..37M. arXiv:1106.2565. doi:10.1088/2041-8205/739/2/L37. 
  19. Early-time spectra of supernovae and their precursor winds. The luminous blue variable/yellow hypergiant progenitor of SN 2013cu. doi:10.1051/0004-6361/201424852. 
  20. Smith, N.; Vink, J. S.; De Koter, A. (2004). The Missing Luminous Blue Variables and the Bistability Jump. The Astrophysical Journal 615: 475. Bibcode:2004ApJ...615..475S. arXiv:astro-ph/0407202. doi:10.1086/424030. 
  21. Chieffi, Alessandro; Limongi, Marco (2013). Pre-Supernova Evolution of Rotating Solar Metallicity Stars in the Mass Range 13-120M☉And Their Explosive Yields. The Astrophysical Journal 764: 21. Bibcode:2013ApJ...764...21C. doi:10.1088/0004-637X/764/1/21. 
  22. Fadeyev, Y. A. (2011). Pulsational instability of yellow hypergiants. Astronomy Letters 37 (6): 403–413. Bibcode:2011AstL...37..403F. arXiv:1102.3810. doi:10.1134/S1063773711060016. 
  23. Langer, Norbert; Heger, Alexander; García-Segura, Guillermo (1998). Massive Stars: The Pre-Supernova Evolution of Internal and Circumstellar Structure. У Reinhard E. Schielicke. Reviews in Modern Astronomy 11: Stars and Galaxies (Hamburg) 11: 57. Bibcode:1998RvMA...11...57L. 
  24. Dinh-v-Trung; Muller, S. B.; Lim, J.; Kwok, S.; Muthu, C. (2009). Probing the Mass-Loss History of the Yellow Hypergiant IRC+10420. The Astrophysical Journal 697: 409. Bibcode:2009ApJ...697..409D. arXiv:0903.3714. doi:10.1088/0004-637X/697/1/409. 
  25. Lagadec, E.; Zijlstra, A. A.; Oudmaijer, R. D.; Verhoelst, T.; Cox, N. L. J.; Szczerba, R.; Mékarnia, D.; Van Winckel, H. (2011). A double detached shell around a post-red supergiant: IRAS 17163-3907, the Fried Egg nebula. Astronomy & Astrophysics 534: L10. Bibcode:2011A&A...534L..10L. arXiv:1109.5947. doi:10.1051/0004-6361/201117521. 
  26. Benaglia, P.; Vink, J. S.; Martí, J.; Maíz Apellániz, J.; Koribalski, B.; Crowther, P. A. (2007). Testing the predicted mass-loss bi-stability jump at radio wavelengths. Astronomy and Astrophysics 467 (3): 1265. Bibcode:2007A&A...467.1265B. arXiv:astro-ph/0703577. doi:10.1051/0004-6361:20077139. 
  27. Nieuwenhuijzen, H.; De Jager, C.; Kolka, I.; Israelian, G.; Lobel, A.; Zsoldos, E.; Maeder, A.; Meynet, G. (2012). The hypergiant HR 8752 evolving through the yellow evolutionary void. Astronomy & Astrophysics 546: A105. doi:10.1051/0004-6361/201117166. 
  28. Clark, J. S.; Negueruela, I.; González-Fernández, C. (2013). IRAS 18357-0604 – an analogue of the galactic yellow hypergiant IRC +10420?. Astronomy & Astrophysics 561: A15. doi:10.1051/0004-6361/201322772. 
  29. Davies, Ben; Figer, Don F.; Law, Casey J.; Kudritzki, Rolf‐Peter; Najarro, Francisco; Herrero, Artemio; MacKenty, John W. (2008). The Cool Supergiant Population of the Massive Young Star Cluster RSGC1. The Astrophysical Journal 676 (2): 1016. Bibcode:2008ApJ...676.1016D. doi:10.1086/527350. 
  30. Clark, J. S.; Negueruela, I.; Crowther, P. A.; Goodwin, S. P. (2005). On the massive stellar population of the super star cluster Westerlund 1. Astronomy and Astrophysics 434 (3): 949. Bibcode:2005A&A...434..949C. arXiv:astro-ph/0504342. doi:10.1051/0004-6361:20042413. 
  31. а б Humphreys, R. M.; Weis, K.; Davidson, K.; Bomans, D. J.; Burggraf, B. (2014). LUMINOUS AND VARIABLE STARS IN M31 AND M33. II. LUMINOUS BLUE VARIABLES, CANDIDATE LBVs, Fe II EMISSION LINE STARS, AND OTHER SUPERGIANTS. The Astrophysical Journal 790: 48. doi:10.1088/0004-637X/790/1/48.