Отдел физики и эволюции звезд

Исследование аккреции на белые карлики

Исследования тесных двойных систем с аккрецирующими белыми карликами имеют непосредственное отношение к катаклизмическим переменным звездам различных классов, новым и сверхновым звездам, источникам рентгеновского излучения. В частности, в отделе рассматриваются двойные системы с богатыми водородом донорами. Исследована численность источников сверхмягкого рентгеновского излучения, построены спектры мягкого рентгеновского и жесткого ультрафиолетового излучения для галактик с различным характером звездообразования, оценена частота новых и сверхновых звезд. Удалось воспроизвести численность источников сверхмягкого рентгеновского излучения в ближайших эллиптических галактиках и отношение потоков в линиях He II 4686 и Hβ в суммарном спектре галактик каталога SLOAN. Модельные расчеты правильно предсказывают частоту новых в галактиках различных типов. Показано, что один из основных современных сценариев формирования предшественников СН Ia — накопление чандрасекаровской массы белым карликом в катаклизмических переменных со стационарным горением аккрецируемого водорода или в рекуррентных новых — не способен обеспечить более нескольких процентов их наблюдаемой частоты.
Систематически исследована аккреция гелия белыми карликами, найдены области его стационарного горения и горения в режимах слабых (без выброса вещества), сильных (с потерей вещества) вспышек и детонации в зависимости от массы карлика и скорости аккреции. Результаты используются при оценке роли двойных систем с аккрецией гелия как предшественников СН Ia. Детально рассмотрена эволюция ультракомпактных катаклизмических переменных звезд типа AM CVn, в которых донорами являются гелиевые карлики. Найдено, что вспышечная активность этих звезд, связанная с неустойчивым горением гелия, прекращается примерно после десяти вспышек. Гипотетические транзиентные явления — вспышки сверхновых, на порядок величины более слабые, чем нормальные сверхновые и происходящие в 10 раз реже, — не осуществляются.

Двойные системы со сверхмассивными черными дырами

Численно исследуется эволюция звезд, формирующих двойные системы со сверхмассивными черными дырами (СМЧД) и подвергающихся облучению жестким излучением аккрецирующей черной дыры. Подробно исследуется случай, когда СМЧД аккрецирует главным образом вещество данной звезды. Численное моделирование показывает, что если начальная степень заполнения звездой полости Роша достаточно велика, то эволюция системы звезда-СМЧД заканчивается динамическим разрушением звезды. Однако, если эта степень меньше определенного граничного значения, то возможно удаление звезды от СМЧД даже в том случае, если она на какое-то время заполнила полость Роша.

Эволюция углеродной пыли в межзвездной среде

Ведутся работы по изучению эволюции углеводородных соединений в межзвездной среде, включая полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Решается несколько задач: 1) изучение химических путей их формирования в оболочках звезд асимптотической ветви гигантов и молекулярных облаках; 2) моделирование эволюции ПАУ и углеродных пылинок в межзвездной среде с учетом их взаимодействия с ультрафиолетовым полем излучения, ударными волнами, космическими лучами и друг с другом; 3) отслеживание наблюдательных закономерностей между излучением ПАУ и пыли и параметрами объектов среды. Для описания эволюции углеродной пыли в межзвездной среде была создана модель SHIVA http://www.inasan.rssi.ru/~murga/SHIVA.html. Для описания образования ПАУ в оболочках звезд асимптотической ветви гигантов была создана модель BRAHMA http://www.inasan.rssi.ru/~murga/BRAHMA.html.

Исследование процесса массообмена в тесных двойных звездах

Исследование процессов массообмена в тесных двойных системах является еще одним важным направлением в отделе. Особое внимание уделяется подклассу тесных двойных систем, в котором присутствует звезда-донор и звезда-аккретор. Они отличаются от других звезд тем, что находятся на очень близком расстоянии друг от друга и могут влиять на процессы, происходящие у звезды-компаньона. Важную роль так же играет вращение звезд и наличие у них собственного магнитного поля. Исследуется взаимодействие этих двух факторов и их влияние на структуру истечения из звезды-донора внутрь полости Роша звезды-аккретора. Изучается также эволюция самых тесных двойных систем с периодами до нескольких минут с целью выяснить, как влияют на нее такие эффекты, как облучение донора при аккреции на релятивистский аккретор и приливное нагревание донора при его приближении к аккретору.

Многоволновой обзор областей HII и областей фотодиссоциации OPTIMus

Совместно с коллегами из САО РАН и ГАИШ МГУ проводится многоволновой обзор областей HII и областей фотодиссоциации OPTIMus (OPTical, Infrared, Millimeter survey of massive star-forming regions). Обзор нацелен на комплексное изучение структуры и физических условий в окрестностях молодых массивных звезд. Основная научная цель — реконструировать трёхмерную структуру сложной многокомпонентной межзвездной среды областей звездообразования. Строятся карты параметров ионизованного газа на основе спектров, полученных на 6-м телескопе БТА, а также изображений, полученных на 1-м телескопе Цейсс-1000. Проводится локализация фронтов ионизации (линия Brγ) и диссоциации H₂ (линия H₂) в ближнем ИК-диапазоне с помощью 2.5-м телескопе КГО ГАИШ МГУ. OPTIMus продемонстрировал, что классические сферические модели HII-областей не применимы даже к объектам, имеющим правильную геометрическую форму, поскольку они имеют сложную, часто «блистерную» структуру, а газо-пылевая среда представляет собой множество плотных сгустков, погруженных в разреженную среду.

Рисунок 1: Стадии развития областей HII вокруг молодых массивных звезд. Рисунок из статьи Кирсановой и др. «OPTIMus — обзор областей образования массивных звезд в оптическом, инфракрасном и миллиметровом диапазонах», 2026, Астрофизический бюллетень, том 81, номер 2, стр 167-190.

Методы анализа спектров многоатомных межзвездных молекул

Разрабатываются методы анализа спектров многоатомных межзвездных молекул для проведения быстрого отождествления (за несколько минут) линий. Исследуется молекулярный состав протозвезд разных масс и определяются содержания молекул в протозвездах. Исследуются физические и химические процессы, которые определяют молекулярный состав протозвезд на разных стадиях эволюции. Проводится сравнение химического состава в областях звездообразования с предполагаемым составом протосолнечной туманности.

Рисунок 2: Спектр излучения протозвезды RCW120 S2 на длине волны 1.2 мм. На фоне — область звездообразования RCW120, в которой наблюдалось это излучение. Рисунок из статьи Фарафонтовой и др. «MOLLId: программа для автоматического отождествления молекул и ее применение к спектрам протозвезд из области RCW 120», Астрофизический бюллетень, 2025, том 80, № 4, страницы 668–691.

Исследования протопланетных дисков

В отделе также ведутся исследования протопланетных дисков — околозвёздных газопылевых структур вокруг молодых звёзд, где формируются планеты. Такие звёзды отличаются высокой переменностью: они испытывают резкие увеличения блеска в десятки и сотни раз из-за падения вещества из диска на звезду. Вспышки светимости кардинально меняют структуру окружающих дисков — прогревают холодную периферию, испаряют льды и запускают бегущие волны по поверхности диска. Другое важное направление — изучение слипания мелких пылинок, которое считается самой первой ступенью на пути формирования планет. Этот шаг сильно осложнён наличием у частиц одноимённых электрических зарядов, приводящий к отталкиванию, а не к слипанию. Поиск условий преодоления электростатического барьера закладывает фундамент для современных теорий образования планет.

Астрохимическое моделирование

В отделе на протяжении многих лет ведётся разработка астрохимической модели Presta. В настоящее время Presta представляет собой многофункциональный комплекс, позволяющий моделировать эволюцию содержания различных молекул, включая многоатомные органические соединения, в холодных молекулярных облаках в трёхфазном приближении (газовая фаза, поверхность ледяных мантий космических пылинок, толща ледяных мантий космических пылинок) и с учётом всех основных физико-химических процессов. В 2025–2026 годах модель Presta интегрирована в программный комплекс PrestaLine: Gorynych, объединяющий три независимых модуля. Гидродинамический модуль Kamelung выполняет расчёт гравитационного коллапса молекулярного ядра в сферически-симметричном приближении. Химический модуль Presta на рассчитанной сетке физических параметров вычисляет эволюцию молекулярных обилий. Модуль радиативного переноса Uran(IA) методом Монте-Карло генерирует синтетические спектры молекулярных линий. Комплекс позволяет моделировать полный цикл эволюции молекулярного ядра от дозвёздной фазы до аккреционной. Предусмотрена возможность свёртки синтетических спектров с диаграммой направленности телескопа для прямого сравнения с наблюдательными данными.Разработанный комплекс применяется для интерпретации наблюдений молекулярных линий в холодных молекулярных облаках и протозвёздных объектах. В настоящее время ведутся работы по адаптации комплекса для моделирования химической эволюции в протопланетных дисках и расширению реакционной сети с включением дейтерированных соединений.