На этой иллюстрации показана двойная звездная система, состоящая из плотной нейтронной звезды и обычной звезды типа Солнца (вверху слева). Используя данные миссии Gaia Европейского космического агентства, астрономы обнаружили несколько подобных систем, в которых два тела находятся далеко друг от друга. Поскольку тела в этих системах расположены далеко друг от друга, а расстояния в среднем в 300 раз превышают размеры солнечной звезды, нейтронная звезда неактивна — она не отбирает активно массу у своего компаньона и поэтому очень слаба. Чтобы найти эти скрытые нейтронные звезды, ученые использовали наблюдения Гайи, чтобы найти колебание в солнцеподобных звездах, вызванное эффектом притяжения вращающихся по орбите нейтронных звезд. Это первые нейтронные звезды, открытые исключительно на основании их гравитационного воздействия. Фото предоставлено: Калифорнийский технологический институт/Р. Больно (IPAC)
Большинство звезд в нашей Вселенной встречаются парами. Наше Солнце — одиночка, но многие звезды, подобные нашему Солнцу, вращаются вокруг подобных звезд. Вселенная изобилует множеством других экзотических пар звезд и космических тел. Черные дыры, например, часто вращаются вокруг друг друга. Одна пара, которая оказалась довольно редкой, — это звезда типа Солнца и тип мертвой звезды, называемый нейтронной звездой.
Теперь астрономы под руководством Карима Эль-Бадри из Калифорнийского технологического института, по-видимому, обнаружили 21 нейтронную звезду, вращающуюся вокруг солнцеподобных звезд. Нейтронные звезды — это плотные выгоревшие ядра взорвавшихся массивных звезд. По отдельности они чрезвычайно слабы и их обычно невозможно увидеть напрямую. Но когда нейтронная звезда вращается вокруг звезды, похожей на Солнце, она притягивает своего спутника, заставляя звезду раскачиваться взад и вперед по небу. Используя миссию Gaia Европейского космического агентства, астрономы смогли зарегистрировать эти характерные колебания и обнаружить новую популяцию темных нейтронных звезд.
«Гея постоянно сканирует небо и измеряет колебания более миллиарда звезд. Так что шансы найти даже очень редкие объекты высоки», — говорит Эль-Бадри, доцент кафедры астрономии Калифорнийского технологического института и научный сотрудник Института астрономии Макса Планка в Германии.
Новое исследование, в котором участвовала группа соавторов со всего мира, было опубликовано в Открытом журнале астрофизики. Данные нескольких наземных телескопов, в том числе обсерватории В.М. Кека на Мауна-Кеа (Гавайи), обсерватории Ла-Силья в Чили и обсерватории Уиппла в Аризоне, были использованы для дальнейшего наблюдения за наблюдениями Гайи и получения дополнительной информации о массах и орбитах космических объектов. скрытые, чтобы узнать о нейтронных звездах.
Хотя нейтронные звезды ранее обнаруживались на орбитах вокруг звезд солнцеподобного типа, все эти системы были более компактными. Поскольку два тела находятся на небольшом расстоянии друг от друга, нейтронная звезда (которая тяжелее, чем солнцеподобная звезда) может украсть массу у своего партнера. Этот процесс массопереноса заставляет нейтронную звезду ярко светиться в рентгеновских или радиоволнах. Напротив, нейтронные звезды в новом исследовании находятся гораздо дальше от своих партнеров — примерно в один-три раза дальше расстояния между Землей и Солнцем.
Это означает, что недавно обнаруженные звездные дочери находятся слишком далеко от своих партнеров, чтобы красть у них материал. Вместо этого они тихие и темные. «Это первые нейтронные звезды, открытые исключительно на основе их гравитационного воздействия», — говорит Эль-Бадри.
Это открытие стало полной неожиданностью, поскольку неясно, как взорвавшаяся звезда оказалась рядом со звездой, подобной нашему Солнцу.
«У нас до сих пор нет полной модели формирования этих двойных звезд», — объясняет Эль-Бадри. «В принципе, прародитель нейтронной звезды должен был стать огромным и взаимодействовать с солнцеподобной звездой на поздней стадии ее эволюции». Гигантская звезда разбросала бы маленькую звезду, вероятно, временно поглотив ее. Позже предшественник нейтронной звезды взорвался бы в виде сверхновой, которая, согласно моделям, разделила бы двойные звездные системы и отбросила бы нейтронные звезды и солнцеподобные звезды в противоположных направлениях.
«Открытие этих новых систем показывает, что по крайней мере некоторые двойные звезды переживают эти катастрофические процессы, даже если модели пока не могут полностью объяснить, как это происходит», — говорит он.
Гайя смогла обнаружить маловероятных спутников благодаря их широким орбитам и длительным периодам обращения (солнцеподобные звезды вращаются вокруг нейтронных звезд с периодом от шести месяцев до трех лет).
«Если небесные тела расположены слишком близко друг к другу, колебания слишком малы, чтобы их можно было обнаружить», — говорит Эль-Бадри. «С Гайей мы более чувствительны к дальнейшим орбитам». Гайя также наиболее чувствительна к двойным звездам, расположенным относительно близко друг к другу. Большинство недавно открытых систем расположены в пределах 3000 световых лет от Земли — относительно небольшое расстояние по сравнению, например, с диаметром Млечного Пути в 100 000 световых лет.
Новые наблюдения также показывают, насколько редки такие пары. «По нашим оценкам, примерно одна из миллиона звезд типа Солнца вращается вокруг нейтронной звезды по широкой орбите», — отмечает он.
Эль-Бадри также интересуется поиском невидимых, спящих черных дыр на орбитах солнцеподобных звезд. Используя данные Gaia, он обнаружил две такие тихие черные дыры в нашей галактике. Одна из них, названная Gaia BH1, является ближайшей к Земле известной черной дырой и находится на расстоянии 1600 световых лет от Земли.
«Мы также не знаем точно, как образовались эти двойные звезды с черными дырами», — говорит Эль-Бадри. «В наших моделях эволюции двойных звезд явно есть пробелы. Если мы найдем больше этих темных спутников и сравним статистику их населения с предсказаниями различных моделей, мы сможем выяснить, как они формируются».
Информация от: Калифорнийским технологическим институтом.
