Когда сверхновая - неудачная: редкая бинарная звезда имеет удивительно круглую орбиту

Астрономы нашли редкую двойную систему, в которой одна звезда не смогла полностью взорваться как сверхновая. Исследователи считают, что впоследствии вторая звезда тоже станет нейтронной звездой, а затем они сольются и взорвутся как килоновая.

Об этом рассказывают в Аэронавтическом университете Эмбри-Риддл, передают OstanniPodii.com.

Перелопатив горы астрономических данных, Клариса Павао, студентка кампуса указанного вуза в Прескотте, штат Аризона, представила свой предварительный анализ. Реакция ее наставника была быстрой и написанной крупным шрифтом: "ЕСТЬ ОРБИТА!" - написал он.

Именно тогда Павао, выпускница факультета космической физики, поняла, что скоро станет частью чего-то большого - статьи в журнале Nature, в которой описывается редкая двойная звездная система с необычными свойствами.

В статье, опубликованной 1 февраля 2023 года в соавторстве с доктором Ноэлем Д. Ричардсоном, доцентом кафедры физики и астрономии в Эмбри-Риддл, описывается двойная звездная система, светящаяся в рентгеновских лучах и имеющая большую массу. Эта двойная система, имеющая странную круговую орбиту - необычное явление среди двойных звезд, - похоже, образовалась при взрыве звезды, или сверхновой, которая погасла без обычного баха, подобно несрабатыванию петарды.

Круглая орбита бинара стала ключевым моментом, который помог исследователям идентифицировать вторую звезду в бинарной системе как истощенную или "ультра-обдертую" сверхновую. Обычно после того, как звезда израсходует все свое ядерное топливо, она коллапсирует, а затем взрывается в космос как сверхновая. В этом же случае, по словам Ричардсона, "звезда была настолько истощена, что энергии взрыва не хватило даже на то, чтобы перевести орбиту в более типичную эллиптическую форму, которая наблюдается у подобных двойных звезд".

Мы - звездная пыль

Название бинарной системы звучит как номерной знак: CPD-29 2176. По оценкам исследователей, сейчас в нашей галактике существует, вероятно, всего около 10 таких звездных систем. Изучая её, они разгадывают новые подсказки о нашем самом раннем происхождении, как звездной пыли.

"Когда мы смотрим на эти объекты, мы смотрим назад во времени", - объясняет Павао. "Мы узнаем больше о происхождении Вселенной, что позволит нам понять, куда движется наша Солнечная система. Как люди, мы начинали с тех же элементов, что и эти звезды".

Ричардсон добавил, что без бинарных систем, подобных CPD-29 2176, жизнь на Земле была бы совсем другой. "Системы, подобные этой, скорее всего, эволюционируют в бинарные нейтронные звезды, которые в конце концов сливаются и образуют тяжелые элементы, выбрасываемые во Вселенную", - отметил он. "Эти тяжелые элементы позволяют нам жить так, как мы живем. Например, большинство золота было создано звездами, похожими на реликт сверхновой или нейтронную звезду в бинарной системе, которую мы исследовали. Астрономия углубляет наше понимание мира и нашего места в нем".

Настойчивость вознаграждается

Проект начался, когда Павао зашла в офис Ричардсона в надежде получить опыт исследовательской работы. "Я сказала: Пожалуйста, дайте мне любое исследование". У него оказались данные, полученные полутораметровым телескопом Межамериканской обсерватории Серро Тололо в Чили, о яркой звезде, известной как звезда типа Be. Эта звезда была расположена в том же месте неба, что и другая звезда, которая произвела большую вспышку рентгеновского излучения. Эта вспышка - возможно, так называемый "мягкий гамма-повторитель" - привлекла внимание астрономов, что побудило Ричардсона и других запросить данные телескопа.

Павао построила спектры Be-звезды, но сначала ей пришлось почистить данные, чтобы они имели меньше шума. "Телескоп смотрит на звезду и принимает весь свет, чтобы можно было увидеть элементы, из которых состоит эта звезда, - отмечает она, - но у Be-звезд есть тенденция иметь диски материи вокруг себя. Трудно увидеть прямо сквозь все это".

Настойчивость окупилась: Павао удалось больше научиться об обработке данных и компьютерном кодировании, чтобы она смогла анализировать звездные спектры. Они с Ричардсоном нашли одну простую линию, которая исходила от звезды и не зависела от окружающего ее диска. Она решила, что ее график - это диаграмма рассеяния. Ричардсон считал иначе, что и побудило его написать электронное письмо большими буквами. После быстрой подгонки данных Павао в специальной компьютерной программе он понял, что они нашли орбиту звезды, которая отличалась от ожидаемой. Дальнейший анализ данных показал, что одна звезда действительно совершает оборот вокруг другой каждые 60 дней или около того.

Павао вспоминает, как Ричардсон сказал: "Это не простая бинарная система".

Сотрудничество имеет значение

В дело вступил Ян Дж. Элдридж из Оклендского университета, соавтор статьи в Nature и крупнейший эксперт в области понимания бинарных звездных систем и их эволюции. По просьбе Ричардсона Элдридж проанализировал тысячи моделей бинарных звезд и нашел только две, аналогичные той, которую изучали он и Павао.

Затем Элдридж и его коллеги составили схему жизненного цикла двух звезд бинарной системы, объяснив, как реликт сверхновой раздувался и сбрасывал массу на Be-звезду, пока она тоже не начала расти. В конце концов, сверхновая превратилась в гелиевую звезду с низкой массой, которая взорвалась, оставив после себя нейтронную звезду, но она уже передала так много своей массы Be-звезде, что взрыв был тусклым.

"По сути, мы выяснили, как сверхновая взаимодействует с Be-звездой и как она проходит через эти странные фазы жизненного цикла", - объясняет Павао. "В какой-то момент в будущем эта Be-звезда также станет сверхновой нейтронной звездой, поскольку цикл продолжается. Через миллионы лет она превратится в бинарную систему с двумя нейтронными звездами".

Эволюция CPD-29 2176, предшественника килоновой

Credit: CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld

Эта инфографика иллюстрирует эволюцию звездной системы CPD-29 2176, первого подтвержденного предшественника килоновой:

• Стадия 1: две массивные голубые звезды формируются в бинарную звездную систему.
• Стадия 2: большая из двух звезд приближается к концу своей жизни.
• Стадия 3: меньшая из двух звезд высасывает материал из своего более зрелого компаньона, лишая его большей части внешней атмосферы.
• Стадия 4: большая звезда формирует "ультра-обдертую" сверхновую - взрыв звезды в конце жизни с меньшим "толчком", чем у обычной сверхновой.
• Стадия 5: как сейчас наблюдают астрономы, нейтронная звезда, образовавшаяся в результате более ранней сверхновой, начинает высасывать материал из своего компаньона, изменяя ситуацию в бинарной паре.
• Стадия 6: потеряв большую часть своей внешней атмосферы, звезда-компаньон также будет "ультра-обдертой" сверхновой. Этот процесс займет около одного миллиона лет.
• Стадия 7: на месте, где когда-то были две массивные звезды, остается пара нейтронных звезд на тесной взаимной орбите.
• Стадия 8: две нейтронные звезды движутся по спирали друг к другу, отдавая свою орбитальную энергию в виде слабого гравитационного излучения.
• Стадия 9: последняя стадия этой системы, когда обе нейтронные звезды сталкиваются, производя мощную килоновую, космический фактор тяжелых элементов в нашей Вселенной.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.