Когда массивная звезда погибает в результате взрыва сверхновой, это не очень хорошая новость для планет или звезд, которые оказались поблизости. Обычно катастрофическое событие уничтожает близлежащие миры и отправляет звезды-компаньоны в полет через космос. Поэтому астрономы были весьма удивлены, обнаружив 21 нейтронную звезду — раздавленные ядра звезд, оставшиеся после взрывов сверхновых, — вращающиеся в двойных системах со звездами, похожими на Солнце.
Команда под руководством Карима Эль-Бадри из Калтеха обнаружила эти космические странности, используя наблюдения, сделанные миссией Gaia Европейского космического агентства. Ее астрометрические данные выявили «колебания» в орбитах спутников, похожих на Солнце. Затем команда продолжила спектральные наблюдения объектов. По сути, эта работа помогла обнаружить новую популяцию того, что команда называет «темными» нейтронными звездами, все еще находящимися в орбитальных танцах со своими партнерами, похожими на Солнце. Теперь задача состоит в том, чтобы объяснить, почему существуют эти необычные пары, по словам Эль-Бадри.
«У нас до сих пор нет полной модели того, как формируются эти двойные звезды», — сказал он. «В принципе, прародитель нейтронной звезды должен был стать огромным и взаимодействовать со звездой солнечного типа на поздней стадии своей эволюции».
Как выжить при взрыве сверхновой?
Кажется нелогичным думать, что близлежащая звезда переживет близлежащую катастрофу. Сам процесс начинается, когда массивная звезда-прародительница стареет и расширяется. Это толкает меньшую звезду. Непосредственно перед вспышкой сверхновой умирающая звезда, вероятно, на некоторое время поглотила компаньона. Некоторые теории предполагают, что само поглощение может уничтожить меньшую звезду. Другие говорят, что оно влияет на звезду, но не уничтожает ее полностью.
В какой-то момент ядро более крупной звезды коллапсирует, когда у нее заканчивается топливо. Все остальные слои обрушиваются на ядро. Температура и давление в этом событии сжимают то, что осталось от ядра, в шар нейтронов. Затем внешние слои отскакивают от ядра и вылетают в космос. Это та часть, которую мы видим как взрыв сверхновой. Вспышка должна выбросить ее из системы, если еще есть звезда-компаньон. Однако для этих странных двойных звезд этого не произошло. Остаются нейтронная звезда и компаньон.
Теперь задача команды Эль-Бадри — выяснить, почему. «Открытие этих новых систем показывает, что по крайней мере некоторые двойные звезды переживают эти катаклизмы, хотя модели пока не могут полностью объяснить, как это происходит», — сказал он. В статье о находке команда также предполагает, что они не могут исключить, что нейтронные звезды могут быть сверхмассивными белыми карликами или двойными белыми карликами.
Поиск нейтронных звезд и их спутников
Цель миссии Gaia — сканировать небо и искать «колебания» в движении более миллиарда звезд. Орбиты планет вокруг звезд вызывают колебания. Однако гравитационное притяжение близлежащих черных дыр, нейтронных звезд или более массивных звезд также вызывает их.
Нейтронные звезды — это массивные шары нейтронов диаметром около 20 км, но более плотные, чем Солнце. Они образуются, когда коллапсирующие звездные слои сдавливают ядро звезды-прародительницы сверхновой. Когда нейтронная звезда и ее компаньон вращаются вокруг общего центра масс, нейтронная звезда тянет своего компаньона, и это заставляет его смещаться вперед и назад, создавая характерное «колебание». Gaia обнаружила эти колебания, а затем ученые использовали данные последующих наблюдений на нескольких наземных телескопах, включая обсерваторию WM Keck на Маунакеа, Гавайи; обсерваторию La Silla в Чили; и обсерваторию Whipple в Аризоне. Это дало им больше информации о массах и орбитах скрытых нейтронных звезд.
Теперь, были нейтронные звезды на орбите с другими звездами, подобными Солнцу, эти орбиты были довольно тесными и близкими. В этих случаях массообмен между двумя компаньонами делает нейтронную звезду ярче в рентгеновском или радиодиапазоне. Это не относится к 21 системе, которую изучала команда Эль-Бадри. Они находятся гораздо дальше друг от друга на более широких орбитах. Это ограничивает то, сколько материала нейтронная звезда может украсть у своего компаньона. В результате эти объекты темные и тихие. «Это первые нейтронные звезды, обнаруженные исключительно из-за их гравитационных эффектов», — сказал Эль-Бадри.
Прослеживая историю от сверхновой до двойной звезды
Итак, теперь астрономам предстоит объяснить популяцию двойных нейтронных звезд/солнцеподобных звезд. Теперь команда будет работать над тем, чтобы выяснить настоящую историю того, почему эти редкие пары все еще существуют. «Мы оцениваем, что примерно одна из миллиона звезд солнечного типа вращается вокруг нейтронной звезды по широкой орбите», — сказал Эль-Бадри.
Он также интересуется похожими совпадениями между спящими (и в основном невидимыми) черными дырами и звездами, подобными Солнцу. Он знает о двух, включая одну под названием Gaia BH1, которая находится всего в 1600 световых годах от нас. Тот факт, что эти странные пары также существуют, открывает много вопросов. «Мы также не знаем наверняка, как образовались эти двойные черные дыры», — сказал Эль-Бадри. «В наших моделях эволюции двойных звезд явно есть пробелы. Нахождение большего количества этих темных компаньонов и сравнение статистики их населения с прогнозами разных моделей поможет нам собрать воедино то, как они формируются».
Для дополнительной информации
Найдены звезды, подобные Солнцу, вращающиеся вокруг скрытых спутников
Популяция кандидатов в нейтронные звезды на широких орбитах по данным Gaia Astrometry
