927
Астрономи виявили унікальну зоряну пару, де невеликий червоний карлик дуже повільно й стабільно «поїдає» свого сусіда – коричневий карлик. Система, розташована приблизно за 300 світлових років від нас, отримала позначення ZTF J0440+2325 і дає рідкісну змогу простежити за довготривалим зоряним канібалізмом. Про спостереження й аналіз цієї пари розповідає нова робота в Nature Astronomy, на яку звертає увагу видання Universe Today.
Н незвична пара: червоний карлик і коричневий карлик
Життєвий шлях окремої зорі здебільшого визначається її масою: масивні світила швидко гинуть у наднових, дрібні червоні карлики можуть жити трильйони років, зорі на кшталт Сонця – близько десяти мільярдів років. Але на долю зір також суттєво впливають їхні взаємодії в подвійних системах.
У системі ZTF J0440+2325 масивніший компонент – це маленький червоний карлик (M-карлик), а його компаньйон – коричневий карлик, об’єкт на межі між зорями та планетами. Коричневий карлик настільки роздутий гравітаційними припливами, що його речовина перетікає на поверхню червоного карлика.
На відміну від систем «зоря–планета», де поглинання й руйнування планети відбувається швидко, тут різниця мас значно менша: червоний карлик має близько 85 мас Юпітера, а коричневий – приблизно 25 мас Юпітера. Завдяки цьому «обід» може тривати мільйони або навіть мільярди років.
Як знайшли дивну трикутну криву блиску
Систему відкрила оглядова програма Zwicky Transient Facility (ZTF), яка за допомогою роботизованого телескопа шукає швидкі зміни яскравості – так звані транзієнти. У таких оглядах часто фіксують спалахи наднових, приливні руйнування зір чорними дірами чи гамма-сплески.
Співавтор дослідження Кевін Бердж (Kevin Burdge) аналізував архівні дані ZTF у пошуках характерних кривих блиску так званих «Чорних вдів» – систем, де нейтронна зоря руйнує свого супутника. Замість очікуваного сигналу він помітив дуже дивну форму світлової кривої – у вигляді майже ідеального трикутника, що періодично зростає й спадає.
За словами вченого, зорі зазвичай не демонструють таких «трикутних» сигналів. Типова крива блиску в «Чорних вдовах» зумовлена тим, що супутник стрімко обертається навколо надщільної нейтронної зорі, створюючи характерні коливання яскравості. У випадку ZTF J0440+2325 такого «замаху» не спостерігали.
Команда припустила, що має справу з парою об’єктів наближених мас, які обертаються «обережніше», без сильного «шмагеляння» одне навколо одного. Але прямих доказів цього тоді ще не було, і дивна трикутна крива роками залишалася загадкою.
Спектри, швидкі камери та гаряча пляма
Щоб зрозуміти природу системи, астрономи залучили великі телескопи обсерваторії Кека. Вони використали спектрографи LRIS на 10-метровому Keck I та ESI на Keck II, аби детальніше вивчити світло ZTF J0440+2325.
Спектри показали характерні лінії поглинання, притаманні червоним карликам типу M. Порівняння із шаблонами для M8-карликів підтвердило, що один із компонентів системи дійсно є М-карликом. Однак цього було недостатньо, щоб відразу зрозуміти, хто з пари є червоним карликом, а хто – коричневим, і який об’єкт втрачає масу.
Для розв’язання цієї задачі дослідники використали камеру високої швидкісної зйомки HiPERCAM на Гран Телескопі Канаріас. Цей інструмент одночасно реєструє зміни яскравості в п’яти діапазонах довжин хвиль, що дає змогу дуже точно відстежувати, як змінюється світло від системи протягом її орбіти.
Поєднавши швидкі світлові криві HiPERCAM із фазовою інформацією зі спектрів LRIS та ESI, команда змогла з’ясувати геометрію системи. Вони дійшли висновку, що випромінювання походить від гарячої плями – ділянки на поверхні червоного карлика, куди безпосередньо влучає потік речовини з коричневого карлика.
Речовина не формує навколо зорі акреційного диска, як це трапляється під час приливного руйнування зорі чорної дірою або нейтронною зорею. Натомість вона майже прямо «врізається» в поверхню М-карлика, створюючи яскравий локальний «вогняний» регіон.
Мікроскопічний потік маси і тривалий канібалізм
Розрахунки показали, що коричневий карлик робить оберт навколо М-карлика приблизно за 86–87 хвилин. Вся орбіта за розмірами вмістилася б усередині діаметра Сонця.
За оцінками дослідників, щороку від коричневого карлика до червоного переноситься близько 1/100 000 маси Землі. Це надзвичайно повільний темп, тому процес стабільного масообміну може тривати як мінімум десятки мільйонів років і, ймовірно, набагато довше.
Саме поєднання дуже повільного масопереносу та короткого 87-хвилинного періоду обертання створює особливу трикутну криву блиску. Коли гаряча пляма повністю повернена до нас, ми бачимо максимум яскравості, а коли вона зникає за краєм зорі – яскравість спадає до мінімуму, формуючи характерний «трикутник» у даних.
Чисельні моделювання руху тестових частинок, які провела команда, підтвердили цей сценарій: потік речовини з коричневого карлика справді спрямовується прямо на поверхню М-карлика, де формується гаряча зона постійного удару.
Новий тип долі для коричневих карликів і планет
Автори роботи вказують, що такі системи демонструють альтернативний варіант еволюції для субзоряних компаньйонів звичайних зір: замість швидкого поглинання й руйнування їхня доля може полягати в довготривалому, стабільному масообміні, який триває щонайменше мільйони років.
Раніше подібні системи розглядалися переважно в теорії, а ZTF J0440+2325 став першим підтвердженим спостереженням такого типу об’єктів із низькою масою, де одна низькомасова зоря (М-карлик) активно акретує речовину з іншої низькомасової субзоряної компоненти (коричневого карлика).
Тепер перед дослідниками стоїть завдання знайти більше таких пар. Майбутнє масштабне опитування неба Legacy Survey of Space and Time (LSST), яке проводитиме Обсерваторія Віри Рубін, виявить величезну кількість транзієнтів. Серед них, імовірно, будуть й інші системи з подібними трикутними кривими блиску.
Знання про те, який саме фізичний процес стоїть за цією незвичайною формою кривої, дає астрономам ефективний «підпис», за яким можна полювати в нових даних. На думку дослідників, подальший пошук і вивчення таких об’єктів допоможе краще зрозуміти, як коричневі карлики та великі планети взаємодіють із зорями-господарями протягом мільярдів років.
Червоний карлик повільно «поїдає» сусідній коричневий карлик з’явилася спочатку на Цікавості.
