Виявлено “катаклізмічну” пару зірок з найкоротшою орбітою за всю історію спостережень

Астрономи виявили зоряну бінарну систему, або пару зірок, з надзвичайно короткою орбітою, які, схоже що, обертаються навколо одна одної кожні 51 хвилину.

Про це розповідають в Массачусетському технологічному інституті (MIT), передають OstanniPodii.com.

Майже половина зірок у нашій галактиці — поодинокі, як Сонце. Інша половина складається із зірок, які обертаються навколо інших зірок, у парах та понад дві, з орбітами настільки тісними, що деякі зоряні системи можуть вміститися між Землею й Місяцем.

Знайдена система схоже що належить до рідкісного класу бінарів, відомих як "катаклізмічні змінні", у яких зоря, подібна до нашого Сонця, обертається навколо білого карлика — гарячого, щільного ядра згорілої зірки.

Катаклізмічна змінна виникає, коли дві зірки зближуються протягом мільярдів років, унаслідок чого білий карлик починає акрецирувати, або поглинати матеріал зірки-партнера. Цей процес може викликати величезні й змінні спалахи світла, які століття тому астрономи вважали результатом якогось невідомого катаклізму.

Нещодавно виявлена система, яку команда дослідників назвала ZTF J1813+4251, являє собою катаклізмічну змінну з найкоротшою орбітою з виявлених на сьогодні. На відміну від інших подібних систем, що спостерігалися у минулому, астрономи спіймали цю катаклізмічну змінну, коли зорі багаторазово затьмарювали одна одну, що дало змогу команді точно виміряти властивості кожної зірки.

За допомогою цих вимірювань дослідники запустили симуляції того, що швидше за все ця система робить зараз та як вона має розвиватися протягом наступних сотень мільйонів років. Вчені дійшли висновку, що наразі зорі перебувають на перехідному етапі, і що сонцеподібна зоря обертається навколо ненажерливого білого карлика й "віддає" йому більшу частину своєї водневої атмосфери. Зрештою, сонцеподібна зоря оголиться до щільного, багатого на гелій ядра. Ще через 70 мільйонів років зорі зблизяться ще більше, їхня надкоротка орбіта становитиме лише 18 хвилин, після чого вони почнуть розширюватися й віддалятися одна від одної.

Десятиліття тому дослідники з MIT та інших інститутів передбачили, що такі катаклізмічні змінні мають перейти на надкороткі орбіти. Це перший випадок прямого спостереження за такою перехідною системою.

"Це рідкісний випадок, коли ми спіймали одну з таких систем у момент переходу від акреції водню до акреції гелію", — каже Кевін Бурдж, науковий співробітник кафедри фізики імені Паппалардо в MIT. "Люди передбачали, що ці об′єкти повинні перейти на надкороткі орбіти, і тривалий час обговорювалося, чи зможуть вони стати досить короткими, щоб випромінювати помітні гравітаційні хвилі. Це відкриття ставить крапку в цьому питанні".

Бурдж та його колеги повідомили про своє відкриття у журналі Nature. Серед співавторів дослідження — співробітники різних інститутів, включно з Гарвардсько-Смітсонівським центром астрофізики.

Пошук у небі

Астрономи виявили нову систему у великому каталозі зірок, за якими спостерігає Установка транзієнтів Цвікі (ZTF). У цих спостереженнях для отримання знімків високої роздільної здатності широких ділянок неба використовують камеру, прикріплену до телескопа в Паломарській обсерваторії в Каліфорнії.

У рамках дослідження було зроблено понад 1000 знімків кожної з більш ніж 1 мільярда зірок на небі, реєструючи зміни яскравості кожної зірки протягом днів, місяців і років.

Бурдж прочесав каталог у пошуках сигналів систем з надкороткими орбітами, динаміка яких може бути настільки екстремальною, що вони повинні давати різкі сплески світла й випромінювати гравітаційні хвилі.

"Гравітаційні хвилі дають нам змогу вивчати Всесвіт абсолютно по-новому", — каже Бурдж, який займається пошуком в небі нових джерел гравітаційних хвиль.

Для нового дослідження Бурдж переглянув дані ZTF у пошуках зірок, які мають блимати багаторазово з періодом менше ніж година — частота, яка зазвичай сигналізує про систему, що складається щонайменше з двох близько обертових об′єктів, один з яких перетинає інший та на короткий час блокує його світло.

Він використовував алгоритм, щоб просіяти понад 1 мільярд зірок, кожна з яких була зафіксована на більш ніж 1000 зображень. Алгоритм відсіяв близько 1 мільйона зірок, які, здавалося, спалахували щогодини або близько того. Серед них Бурдж шукав сигнали, які становлять особливий інтерес. Його пошук зупинився на ZTF J1813+4251 — системі, розташованій на відстані близько 3 000 світлових років від Землі у сузір′ї Геркулеса.

"Вискочила ця штука, коли я бачив затемнення кожні 51 хвилину, і я сказав: добре, це безумовно бінарна система", — згадує Бурдж.

Щільне ядро

Надалі він та його колеги вивчали цю систему за допомогою обсерваторії Кека на Гаваях і телескопа Гран Телескопіо Канаріас в Іспанії. Вони виявили, що система була винятково "чистою", тобто вони могли чітко бачити, як змінюється її світло під час кожного затемнення. Завдяки такій чіткості їм вдалося точно виміряти масу та радіус кожного об′єкта, а також його орбітальний період.

Вони виявили, що перший об′єкт найімовірніше був білим карликом, розміром в 1/100 частину Сонця й масою приблизно вдвічі меншою. Другий об′єкт — сонцеподібна зоря, що перебуває на заході свого життя, з розміром і масою в десяту частину від сонячних (розміром приблизно з Юпітер). Виявилося, що зорі також обертаються одна навколо одної кожні 51 хвилину.

Однак щось не сходилося.

"Одна зоря виглядала як Сонце, але Сонце не може вміститися в орбіту коротше восьми годин - то ж що тут?", — каже Бурдж.

Незабаром він знайшов пояснення: майже 30 років тому дослідники, включно із заслуженим професором MIT Солом Раппапортом, передбачили, що надкороткоорбітальні системи мають існувати як катаклізмічні змінні. Оскільки білий карлик обертається навколо сонцеподібної зірки та з′їдає її легкий водень, сонцеподібна зоря повинна згоріти, залишивши ядро з гелію — елемента, щільнішого за водень, і досить важкого, щоб утримувати мертву зірку на вузькій надкороткій орбіті.

Бурдж зрозумів, що ZTF J1813+4251, найімовірніше, є катаклізмічною змінною, що перебуває в процесі переходу від водневого до багатого гелієм тіла. Це відкриття підтверджує передбачення Раппапорта та інших авторів, а також є найкоротшою орбітою катаклізмічної змінної, виявленої на сьогодні.

"Це особлива система", — каже Бурдж. "Нам пощастило подвійно: ми знайшли систему, яка відповідає на велике відкрите питання та є однією з найкрасивіших катаклізмічних змінних з усіх відомих".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.