Сверхредкая звездная система — это гигантская космическая авария, ожидающая своего часа

Впервые астрономы точно идентифицировали двойную систему, которой суждено однажды превратиться в килонову — взрывной результат столкновения нейтронных звезд.

И, по иронии судьбы, ключевой ингредиент к этой возможной судьбе относится пара неудавшихся, вышедших из строя сверхновых. Это явление считается настолько редким, что во всем Млечном Пути насчитывается всего около 10 таких двойных систем. Более тщательное изучение этой системы должно помочь ученым понять, как развиваются эти безумные события.

«Долгое время астрономы размышляли о точных условиях, которые в конечном итоге могли привести к килоновой, — говорит астроном Андре-Николя Шене. из NOIRLab.

«Эти новые результаты демонстрируют, что, по крайней мере, в некоторых случаях две родственные нейтронные звезды могут сливаться, когда одна из них была создана без классического взрыва сверхновой.»

Нейтрон Столкновения звезд редки, но они играют важную роль в заселении Вселенной тяжелыми элементами, такими как золото, платина и уран. Эти элементы не могут быть созданы внутри звездных ядер; энергия, необходимая для звездного нуклеосинтеза элементов тяжелее железа, больше, чем энергия, производимая этим нуклеосинтезом, что приводит к беспорядочному концу звезды.

Вместо этого эти элементы образуются в энергетических событиях, таких как килоновые : у нас есть доказательства этого из GW170817, исторического столкновения нейтронных звезд, наблюдаемого телескопами по всему миру. Но эти события редки и поэтому довольно загадочны. Мы видели всего несколько слияний нейтронных звезд и никогда раньше не находили системы, которой суждено стать таковой.

Войдите в двойную систему под названием CPD-29 2176, состоящую из нейтронной звезды и типа массивного голубая звезда, называемая звездой Be, расположенная примерно в 11 400 световых годах от Земли. Ве-звезды имеют особенности в своем свете, которые указывают на присутствие вокруг них материала в форме диска.

Они также часто появляются в двойных системах с нейтронными звездами, испуская рентгеновские лучи, когда нейтронная звезда проходит через них. диск, окружающий Ве-звезду.

Когда яркая рентгеновская вспышка наблюдалась с той же части неба, что и Ве-звезда в CPD-29 2176, астрономы Ноэль Ричардсон и Кларисса Павао из Эмбри-Риддла Авиационный университет присмотрелся повнимательнее, в конечном итоге идентифицировав часть света, не испускаемого звездой Be. Это была нейтронная звезда.

Они также смогли рассчитать орбиту двойной системы. И тут все стало интересно. Потому что эта орбита была необычно круглой, в отличие от более эллиптических орбит, обычно наблюдаемых в таких двойных системах.

Это было неопровержимым доказательством, которое привело исследователей к выводу, что нейтронная звезда родилась из «неудавшейся» сверхновой. – также известная как сверхновая сверхновая.

Обычно, когда массивная звезда превращается в сверхновую, она выбрасывает свой внешний материал в результате впечатляющего взрыва, в то время как оставшееся ядро ​​коллапсирует в нейтронную звезду – сверхплотную объект, примерно в 2,4 раза превышающий массу Солнца, упакованный в сферу диаметром всего 20 километров (12 миль).

В сверхчистой сверхновой не осталось достаточно внешнего материала, чтобы взорваться в космос. Вместо этого ядро ​​рушится с небольшой помпой. Похоже, это произошло с CPD-29 2176.

«Звезда была настолько истощена, что у взрыва не хватило энергии даже для того, чтобы привести орбиту к более типичной эллиптической форме, наблюдаемой в подобных двойных системах. », — говорит Ричардсон.

Так куда же делся весь этот материал? Когда нейтронная звезда достигла конца своей жизни, она стала пухлой, и ее внешняя оболочка оказалась в пределах гравитационного досягаемости Ве-звезды, которая поглотила ее. К тому времени, когда звезда превратилась в нейтронную звезду, она была полностью раздета, лишая ее материала, который в противном случае произвел бы фейерверк сверхновой.

В конце концов, звезда Be также закончит свою жизнь как нейтронная звезда, в результате чего на распадающейся орбите образуется двойная нейтронная звезда, которая однажды вызовет столкновение нейтронной звезды, две из которых сливаются, образуя либо большую нейтронную звезду, либо черную дыру.

«Нынешний нейтрон звезда должна была сформироваться, не выбрасывая своего компаньона из системы. Сверхновая сверхновая — лучшее объяснение того, почему эти звезды-компаньоны находятся на такой узкой орбите», — говорит Ричардсон.

«Чтобы однажды создать килоновой, другая звезда также должна взорваться как сверхновая, чтобы две нейтронные звезды могли в конечном итоге столкнуться и слиться».

Однако до этого дня еще далеко. У звезды Ве еще как минимум миллион лет осталось до ее неизбежной трансформации. И медленное вдохновение к возможному слиянию может занять еще миллионы. Но с идентификацией CPD-29 2176 у астрономов появилась новая часть головоломки, которая может помочь идентифицировать другие подобные системы среди миллиардов звезд Млечного Пути.

«Эта система раскрывает что некоторые нейтронные звезды образуются при небольшом вспышке сверхновой», — говорит Ричардсон.

«По мере того, как мы понимаем растущую популяцию таких систем, как CPD-29 2176, мы получаем представление о том, насколько спокойной может быть смерть некоторых звезд. и могут ли эти звезды умереть без традиционных сверхновых».

Исследование опубликовано в Nature.