Некоторые двойные звезды необычны. Они содержат звезду главной последовательности, подобную нашему Солнцу, в то время как другая представляет собой «мертвую» звезду белого карлика, оставшуюся после термоядерного синтеза и излучающую только остаточное тепло. Когда звезда главной последовательности превращается в красного гиганта, обе звезды имеют общую оболочку.
Эта фаза общей оболочки является большой загадкой в астрофизике, и чтобы понять, что происходит, астрономы создают каталог двойных звезд главной последовательности — белых карликов.
Двойные системы с общей оболочкой (CE) важны, потому что они являются прародителями сверхновых типа 1a. Когда звезда главной последовательности превращается в красного гиганта, компактный и мощный гравитационный белый карлик оттягивает от нее материю. Это вещество собирается на поверхности белого карлика, пока не достигает критической точки, а затем взрывается как сверхновая.
Двойные системы CE также важны, потому что они могут сливаться и излучать гравитационные волны — еще одно астрофизическое явление, которое требует лучшего понимания.
В новом исследовании астрономы из Университета Торонто определили 52 кандидата с высокой вероятностью того, что они являются двойными звездами CE. Исследование называется «Первый каталог двойных систем-кандидатов в белые карлики-главной последовательности в рассеянных звездных скоплениях: новое окно в эволюцию общей оболочки». Он опубликован в Astrophysical Journal, а его ведущий автор — Стеффани Грондин, аспирантка факультета астрономии и астрофизики Дэвида А. Данлэпа Университета Т.
«Несмотря на свою важность, эволюция CE может быть одной из самых больших неопределенностей в бинарной эволюции», — пишут авторы в своем исследовании.
«Двойные звезды играют огромную роль в нашей Вселенной», — сказал ведущий автор Грондин. «Эта наблюдательная выборка знаменует собой ключевой первый шаг, позволяющий нам отслеживать полные жизненные циклы двойных звезд, и, мы надеемся, позволит нам ограничить самую загадочную фазу звездной эволюции».
В исследовании использовались массивные наборы данных из трех источников: космического корабля ЕКА Gaia, исследования Pan-STARRS1 и исследования 2MASS. Команда использовала методы машинного обучения, чтобы прочесть набор данных для поиска кандидатов в двойные системы белых карликов главной последовательности (MSWD) в 299 рассеянных звездных скоплениях Млечного Пути. Открытые скопления были выбраны потому, что они могут обеспечить независимое ограничение возраста системы, позволяя исследователям проследить эволюцию двойных систем от до фазы CE до после фазы CE. Исследователи обнаружили 52 высоковероятных кандидата в 38 рассеянных скоплениях.
Это число является огромным увеличением числа известных двоичных файлов MSWD. Ранее были известны только два. Машинное обучение — мощный инструмент, который позволяет астрономам работать с огромными наборами данных для выявления трудно различимых результатов, и это исследование не является исключением.
«Использование машинного обучения помогло нам выявить четкие признаки этих уникальных систем, которые мы не могли легко идентифицировать с помощью всего лишь нескольких точек данных», — говорит соавтор Джошуа Спигл, профессор кафедры Дэвида А. Данлэпа. Астрономия и астрофизика и факультет статистических наук Университета штата Техас. «Это также позволило нам автоматизировать поиск по сотням кластеров — задача, которая была бы невыполнима, если бы мы пытались идентифицировать эти системы вручную».
Соавтор исследования Мария Драут также является профессором факультета астрономии и астрофизики Дэвида А. Данлэпа в Университете штата Техас. Драут говорит, что результаты команды показывают, как много вещей в нашей Вселенной «скрывается на виду», если бы мы только имели инструменты, чтобы их увидеть. По мере того, как наши телескопы и инструменты съемки становятся более разборчивыми и собирают большие наборы данных, наши инструменты машинного обучения делают эти наборы данных менее непрозрачными.
Драут отмечает, что ключевым моментом является поиск двоичных файлов MSWD в открытых кластерах.
«Хотя существует множество примеров такого типа бинарных систем, очень немногие из них имеют возрастные ограничения, необходимые для полной карты их эволюционной истории. Хотя еще предстоит много работы для подтверждения и полной характеристики этих систем, эти результаты будут иметь значение во многих областях астрофизики», — объясняет Драут.
Эволюция систем CE плохо изучена. Астрофизики не знают, как энергия рассеивается во время фазы CE, как металличность звезд влияет на развитие CE или как начальные двойные параметры предсказывают орбитальные конфигурации после CE. Это лишь некоторые из вопросов, оставшихся без ответа.
Это исследование не может ответить на все эти вопросы, но, создав самый большой каталог двоичных файлов MSWD, команда создает основу для прогресса исследователей.
Грондин и ее коллеги провели последующую спектроскопию на подмножестве трех систем с обсерваториями Джемини и Лик. Они подтвердили, что два из них являются двоичными файлами MSWD.
Они также получили архивные кривые блеска с TESS, Kepler и Transient Facility Цвикки. Все три кандидата продемонстрировали явную изменчивость кривых блеска. Это может указывать на быстрое вращение М-карлика или эллипсоидальные модуляции в короткопериодической двойной системе. Исследователи объясняют, что каталог может быть загрязнен, хотя и незначительно, одиночными WD или двоичными файлами MS+MS.
Натальные удары, вероятно, повлияют на результаты. Многие из кандидатов в MSWD демонстрируют отклонения от своих кластеров-хозяев, что позволяет предположить, что натальные удары были переданы при формировании WD или во время выброса общей оболочки. Поскольку в 78% наблюдавшихся ими рассеянных скоплений отсутствовали кандидаты, авторы полагают, что некоторые двойные системы MSWD были выброшены из своих скоплений в результате натальных ударов.
«В конечном счете, этот каталог является первым шагом к получению набора наблюдательных ориентиров, которые позволят лучше связать системы пост-CE с их предшественниками до CE», — пишут авторы в своем исследовании.
Дополнительные спектроскопические наблюдения кандидатов помогут подтвердить, что больше из них являются двойными системами MSWD. Расширенный поиск также может помочь идентифицировать кандидатов на MSWD, которые были выброшены из своих кластеров в результате натального удара.
Как это часто бывает в астрономии и астрофизике, прежде чем исследователи смогут прийти к каким-либо выводам, необходим более крупный набор данных.
«В конечном счете, этот каталог является необходимым первым шагом в более масштабных усилиях по обеспечению наблюдательных ограничений для фазы CE», — пишут авторы, отмечая, что подробная характеристика некоторых кандидатов в этой выборке уже ведется. Большая выборка позволит исследователям связать массы двойных систем после CE с прародителями до CE.
«Благодаря этим наблюдательным критериям этот образец поможет в усилиях по открытию важных новых идей об одной из самых неопределенных фаз бинарной эволюции», — заключают авторы.
