Астрономи MIT побачили зорю, що повільно поїдає коричневого карлика

Незвичний сигнал зі Zwicky Transient Facility

Перший натяк на цю систему надійшов із огляду неба Zwicky Transient Facility (ZTF), що шукає об’єкти зі змінною яскравістю. У даних, отриманих телескопом обсерваторії Паломар у Каліфорнії, астрономи помітили дивну світлову криву — замість звичних плавних «дзвоноподібних» змін яскравість утворювала повторювані трикутні імпульси.

Такі криві блиску не схожі на типові спалахи наднових або інші добре відомі явища. Спершу команда припускала, що це може бути так званий «блек-відув» — система, де нейтронна зоря стрімко знімає речовину з легкої зорі-супутника. Однак спостереження не підтвердили характерних ознак такої пари.

У «блек-відувах» дуже масивна нейтронна зоря й легкий компаньйон рухаються так, що їхній взаємний гравітаційний танець дає помітні зміни у спектрі та яскравості. У випадку ж ZTF J0440+2325 команда не побачила сильного «розгойдування» системи, яке очікували від подібного сценарію.

Це змусило дослідників припустити інше: можливо, в системі обидва об’єкти мають порівняно невеликі маси, тож можуть обертатися один навколо одного значно «ніжніше», без різких проявів у спостереженнях.

Зоря і коричневий карлик в ультратісній орбіті

Повернувшись до цього дивного сигналу, команда на чолі з Кевіном Берджем (Kevin Burdge) та аспірантом Аароном Хаусхолдером (Aaron Householder) локалізувала джерело приблизно за 300 світлових років у Чумацькому Шляху. Потім астрономи спрямували на ZTF J0440+2325 кілька телескопів, щоб докладніше виміряти рух об’єктів та їхні властивості.

Ключем став вимір «хитання» системи — того, як об’єкти відхиляються один від одного під дією взаємної гравітації. Виявлений рух виявився набагато слабкішим, ніж очікується для «блек-відувів», тож дослідники дійшли висновку: це пара з невеликою зорею та коричневим карликом.

Зоря в системі має приблизно 85 мас Юпітера, а коричневий карлик — близько 25 мас Юпітера. Для порівняння, маса Сонця перевищує масу Юпітера більш ніж у тисячу разів. Орбіта карлика надзвичайно тісна: він робить повний оберт навколо зорі всього за 87 хвилин, а вся орбіта за розміром вмістилася б усередині діаметра Сонця.

Така близькість натякала, що гравітація зорі може не просто утримувати сусіда на орбіті, а ще й виривати з нього речовину.

Нова форма зоряного «канібалізму»

Коли один астрономічний об’єкт відтягує газ або іншу речовину від сусіда, цей процес називають акрецією. Зазвичай його пов’язують з чорними дірами та нейтронними зорями, які завдяки своїм малим розмірам і великій масі формують навколо себе яскраві акреційні диски.

У випадку ZTF J0440+2325 ситуація інша: речовина з коричневого карлика спрямовується не на компактний об’єкт, а на звичайну за типом, хоча й маломасивну зорю. Її радіус значно більший, тож потік газу може влучати прямо в поверхню, а не закручуватися в компактний диск.

Щоб з’ясувати, як саме рухається ця речовина, астрономи побудували комп’ютерну модель системи. Вони запускали «тестові» частинки з околиць коричневого карлика та обчислювали їхні траєкторії під дією гравітації обох тіл. У модель заклали виміряні маси й орбітальні параметри.

Результат підтвердив гіпотезу: змодельовані частинки, які залишають коричневий карлик, неминуче падають прямо на поверхню зорі. Це перший раз, коли вдалося безпосередньо зафіксувати, як зоря малої маси активно акретує речовину з іншого маломасивного об’єкта.

«Космічний бенкет» із темпом мільйони вантажівок на рік

Дослідники також оцінили, наскільки швидко коричневий карлик втрачає масу. За їх розрахунками, зоря поглинає приблизно стотисячну маси Землі на рік. Хоча це здається мізерною часткою, у абсолютних цифрах йдеться про гігантські об’єми речовини.

Автори порівнюють це з вантажем близько 40 мільйонів самоскидів або з потоком, еквівалентним близько 1,3 трильйонам однофунтових буріто щосекунди. Попри такі вражаючі масштаби, для карлика це поки лише невелика частина його загальної маси, тож процес можна вважати повільним у зоряних масштабах.

За нинішніх параметрів система може залишатися у такому режимі дуже довго. Замість миттєвого знищення, як у разі швидкого «поглинання» планети або зорі, тут ми бачимо відносно стабільний і тривалий перетік речовини.

Це також пояснює дивну трикутну форму світлової кривої. Потік газу з коричневого карлика врізається в поверхню зорі на високих швидкостях і створює там гарячу світну ділянку — «гарячу пляму», подібну до постійного вогняного факела. Під час 87-хвилинної орбіти ця пляма періодично повертається до нас то освітленим боком, то ховається з поля зору. Коли ми бачимо її найбільш повністю, крива яскравості досягає піку трикутника.

Що ця система розповідає про еволюцію планет

ZTF J0440+2325 показує проміжний сценарій взаємодії між зорею та її супутником, який раніше практично не спостерігався. Досі астрономи головно бачили або стабільні орбіти планет, або випадки, коли зоря досить швидко захоплює й руйнує свого компаньйона.

Нове відкриття доводить, що за певних умов маломасивна зоря може дуже довго, мільярди років, повільно відбирати речовину в коричневого карлика, не знищуючи його миттєво. Пошук інших подібних систем допоможе оцінити, наскільки часто трапляється такий сценарій, скільки він може тривати і чим зрештою закінчується для обох об’єктів.

Це також відкриває нове вікно у вивчення еволюції планет і коричневих карликів, які обертаються дуже близько до своїх зір. Команда планує шукати ще більше сигналів із характерною «трикутною» світловою кривою, щоб краще зрозуміти, як такі системи формуються та змінюються з часом.

Астрономи MIT побачили зорю, що повільно поїдає коричневого карлика з’явилася спочатку на Цікавості.

cikavosti.com