Введение
Звезды, в которых энергия вырабатывается за счет синтеза водорода и гелия в оболочке вокруг неактивного ядра из углерода и кислорода. Асимптотическая ветвь гигантов (AGB) – это область диаграммы Герцпрунга — Рассела, занятая эволюционировавшими холодными и яркими звездами. Это стадия звездной эволюции, которую проходят все звезды с низкой и средней массой (примерно от 0,5 до 8 солнечных масс) на поздних этапах их жизни. Наблюдательно звезда на асимптотической ветви гигантов выглядит как яркий красный гигант со светимостью, достигающей тысяч раз большей, чем у Солнца. Ее внутренняя структура характеризуется центральным, в основном инертным ядром из углерода и кислорода, оболочкой, где происходит синтез гелия в углерод (известный как горение гелия), другой оболочкой, где происходит синтез водорода в гелий (известный как горение водорода), и очень большой оболочкой вещества, состав которой схож с составом звезд главной последовательности (за исключением углеродных звезд).
The asymptotic giant branch (AGB) is a region of the Hertzsprung–Russell diagram populated by evolved cool luminous stars. This is a period of stellar evolution undertaken by all low to intermediate mass stars (about 0.5 to 8 solar masses) late in their lives. Observationally, an asymptotic giant branch star will appear as a bright red giant with a luminosity ranging up to thousands of times greater than the Sun. Its interior structure is characterized by a central and largely inert core of carbon and oxygen, a shell where helium is undergoing fusion to form carbon (known as helium burning), another shell where hydrogen is undergoing fusion forming helium (known as hydrogen burning), and a very large envelope of material of composition similar to main sequence stars (except in the case of carbon stars).
Звездная эволюция
Когда звезда исчерпывает запас водорода в процессе ядерного синтеза в своем ядре, ядро сжимается, а его температура повышается, что приводит к расширению и охлаждению внешних слоев звезды. Звезда становится красным гигантом, двигаясь по траектории к верхнему правому углу диаграммы Герцшпрунга — Рассела. В конечном итоге, когда температура в ядре достигает примерно 3 × 10⁸ K, начинается горение гелия (слияние ядер гелия). Начало горения гелия в ядре прекращает охлаждение звезды и рост её светимости, и звезда вместо этого перемещается вниз и влево на диаграмме Герцшпрунга — Рассела. Это горизонтальная ветвь (для звёзд населения II) или голубая петля для звёзд с массой более примерно 0,8 солнечной массы.
Этап AGB
Фаза AGB делится на две части: раннюю AGB (E AGB) и термопульсирующую AGB (TP AGB). Во время фазы E AGB основным источником энергии является термоядерный синтез гелия в оболочке вокруг ядра, состоящего в основном из углерода и кислорода. На этой стадии звезда раздувается до гигантских размеров, вновь становясь красным гигантом. Радиус звезды может достигать одной астрономической единицы. Во время тепловых импульсов, длящихся всего несколько сотен лет, вещество из области ядра может перемешиваться с внешними слоями, изменяя поверхностный химический состав в процессе, называемом переносом вещества из глубины звезды. Благодаря этому переносу вещества звезды AGB могут демонстрировать элементы, образовавшиеся в процессе S, в своих спектрах, а интенсивный перенос вещества может привести к формированию углеродных звезд. Все переносы вещества, следующие за тепловыми импульсами, называются третьими переносами вещества, вслед за первым переносом, происходящим на ветви красных гигантов, и вторым переносом, происходящим во время фазы E AGB. В некоторых случаях второй перенос вещества может отсутствовать, но переносы вещества, следующие за тепловыми импульсами, все равно будут называться третьими переносами вещества. Интенсивность тепловых импульсов быстро возрастает после первых нескольких, поэтому третьи переносы вещества обычно являются наиболее глубокими и с наибольшей вероятностью приводят к циркуляции вещества ядра к поверхности. Звезды AGB обычно являются долгопериодическими переменными и испытывают потерю массы в виде звездного ветра. Для звезд типа M AGB звездные ветры наиболее эффективно формируются частицами размером в микрон. Тепловые импульсы вызывают периоды еще более интенсивной потери массы и могут приводить к образованию отделившихся оболочек околозвездного вещества. Звезда может потерять от 50 до 70% своей массы во время фазы AGB. Скорость потери массы обычно находится в диапазоне от 10−8 до 10−5 M⊙ в год и может достигать даже 10−4 M⊙ в год.
During the thermal pulses, which last only a few hundred years, material from the core region may be mixed into the outer layers, changing the surface composition, in a process referred to as dredge up. Because of this dredge up, AGB stars may show S process elements in their spectra and strong dredge ups can lead to the formation of carbon stars. All dredge ups following thermal pulses are referred to as third dredge ups, after the first dredge up, which occurs on the red giant branch, and the second dredge up, which occurs during the E AGB. In some cases there may not be a second dredge up but dredge ups following thermal pulses will still be called a third dredge up. Thermal pulses increase rapidly in strength after the first few, so third dredge ups are generally the deepest and most likely to circulate core material to the surface. AGB stars are typically long period variables, and suffer mass loss in the form of a stellar wind. For M type AGB stars, the stellar winds are most efficiently driven by micron sized grains. Thermal pulses produce periods of even higher mass loss and may result in detached shells of circumstellar material. A star may lose 50 to 70% of its mass during the AGB phase. The mass loss rates typically range between 10−8 to 10−5 M⊙ year−1, and can even reach as high as 10−4 M⊙ year−1.
Поздний тепловой импульс
Почти четверть всех звезд, прошедших стадию АГБ, переживают так называемый эпизод "второго рождения". Ядро углерода-кислорода теперь окружено гелием, с внешней оболочкой из водорода. Если гелий вновь воспламеняется, возникает тепловой импульс, и звезда быстро возвращается к стадии АГБ, становясь гелиесжигающим звездным объектом с дефицитом водорода. Внешняя атмосфера звезды, пережившей второе рождение, формирует звездный ветер, и звезда вновь следует эволюционной траектории на диаграмме Герцпрунга-Расселла. Однако эта фаза очень кратковременна, длящаяся всего около 200 лет, прежде чем звезда снова направится к стадии белого карлика. Наблюдательно, эта поздняя фаза теплового импульса выглядит почти идентично звезде Вольфа-Райе, находящейся в центре собственной планетарной туманности. Звезды, такие как объект Сакурай и FG Стрельца, наблюдаются в процессе быстрого прохождения через эту фазу. Недавно было опубликовано сообщение о картировании околозвездных магнитных полей тепловых пульсирующих (TP) звезд АГБ с использованием так называемого эффекта Голдрейха-Килафиса.
Звезды супер-AGB
Звезды, близкие к верхнему пределу массы, достаточной для классификации как звезды AGB, демонстрируют некоторые необычные свойства и получили название сверхновых AGB-звезд. Их массы находятся в диапазоне от некоторого значения и до 9 или (или более) масс Солнца. Они представляют собой переход к более массивным сверхгигантам, в которых происходит полное слияние элементов тяжелее гелия. В ходе тройного альфа-процесса также образуются элементы тяжелее углерода: преимущественно кислород, но также и магний, неон и даже более тяжелые элементы. Сверхновые AGB-звезды развивают частично вырожденные углеродно-кислородные ядра, достаточно крупные для воспламенения углерода во вспышке, аналогичной более ранней гелиевой вспышке. Второй подъём вещества в этом диапазоне масс очень интенсивный, что удерживает размер ядра ниже уровня, необходимого для горения неона, как это происходит в более массивных сверхгигантах. Размер тепловых импульсов и третий подъём вещества уменьшаются по сравнению с менее массивными звездами, в то время как частота тепловых импульсов резко возрастает. Некоторые сверхновые AGB-звезды могут взрываться как сверхновые с захватом электронов, но большинство из них завершат свою эволюцию как кислородно-неоновые белые карлики. Поскольку этих звезд значительно больше, чем более массивных сверхгигантов, они могут составлять значительную долю наблюдаемых сверхновых. Обнаружение примеров таких сверхновых предоставит ценное подтверждение моделей, которые в значительной степени зависят от исходных предположений.