RW Space

Нам не нужно слишком беспокоиться о нашем Солнце. Он может обжечь нашу кожу и может испускать мощные дозы заряженного материала — так называемые солнечные бури — которые могут повредить электрические системы. Но Солнце там одиноко, что делает все проще и предсказуемее.

Другие звезды связаны отношениями друг с другом как бинарные пары. Новое исследование обнаружило двойную пару звезд, которые находятся так близко друг к другу, что совершают оборот за 51 минуту, что является самой короткой орбитой, когда-либо наблюдаемой в двойной системе. Их близость друг к другу создает проблемы.

Звезды, расположенные так близко друг к другу, называются катаклизмическими переменными. В катаклизмических переменных главная звезда — белый карлик; в этой паре другая звезда похожа на Солнце, но старше.

Белые карлики крошечные для звезд, размером с Землю, но они невероятно плотные. Мощная гравитация белого карлика оттягивает материал от его компаньона, звезды-донора. Материал образует аккреционное кольцо вокруг белого карлика. Этот процесс создает яркие вспышки в нерегулярные или переменные моменты времени, когда диск нагревается и материал падает на белого карлика.

Звезды в катаклизмической переменной (CV) должны быть близко друг к другу для белого карлика «звезды-вампира». чтобы получить материал от звезды-донора.

Астрономам известно более 1000 CV, и только дюжина из них имеет орбиты короче 75 минут. Но авторы этого исследования нашли ближайшую орбиту. Этой паре звезд требуется всего 51 минута, чтобы совершить полный оборот по орбите. Это редкость, и двойная пара свидетельствует о недостающем звене в астрофизике.

Исследование представляет собой «плотную звезду массой 0,1 солнечной массы в затменно-двойной системе с 51-минутным орбитальным периодом» и она опубликована в журнале Nature. Ведущий автор — Кевин Бердж с физического факультета Массачусетского технологического института. Звезды в этом исследовании находятся на расстоянии около 3000 световых лет в направлении созвездия Геркулеса.

Эти звезды находятся в конце длинной истории. Они были компаньонами около 8 миллиардов лет, хотя постарели по-разному. Один из них — белый карлик, звездный остаток звезды главной последовательности, которая прошла фазу красного гиганта и теперь представляет собой просто сверхплотное ядро ​​материи без термоядерного синтеза. Его компаньон — подобная Солнцу звезда, которая на пути к превращению в красного гиганта и, в конечном итоге, в белого карлика. Но существующий белый карлик нарушает этот путь, медленно поглощая его.

Более крупная звезда-донор имеет примерно ту же температуру, что и наше Солнце. Но он потерял так много своей массы, что стал крошечным; всего лишь десятая часть диаметра Солнца или размером с Юпитер.

«Эта единственная звезда была похожа на Солнце, но Солнце не может поместиться на орбите короче восьми часов — в чем дело? здесь?» Бердж сказал в пресс-релизе.

Белый карлик еще меньше; его диаметр примерно в 1,5 раза больше земного, а его плотно упакованная материя означает, что он примерно на 56 процентов массивнее Солнца. Странный объект.

Астрономы обнаружили и другие затменные двойные звезды, но ни одна из них не находится так близко друг к другу. Мало того, что пара очень близко друг к другу, они затмевают друг друга из нашего поля зрения. Это дало исследователям множество возможностей наблюдать затмения и проводить точные измерения для обеих звезд.

Эта двойная пара называется ZTF J1813+4251. ZTF расшифровывается как Zwicky Transient Facility, известное государственно-частное партнерство, занимающееся оптическим исследованием северного неба в поисках переходных явлений, таких как переменные. Но имя не так важно. Наоборот, именно конкретная стадия, на которой находится пара, заставляет ученых сесть и принять к сведению.

Исследователи обнаружили, что звезда-вампир отбирает водород у звезды-донора, и теперь она начинает поглощать водород. гелий.

«Это редкий случай, когда мы застали одну из этих систем в процессе переключения с водородной на гелиевую аккрецию», – сказал ведущий автор Бердж.

Наблюдение за двойной звездой переход от водородной к гелиевой аккреции необходим, потому что этот переключатель является недостающим звеном в астрофизике. Астрономам известна популяция CV, называемых гелиевыми CV, но не было четких доказательств того, как звезды в этих CV переключались с водорода на гелий.

До этого исследования эволюция от аккреции водорода к аккреции гелия в CV гелия было неясным. Астрономы никогда не наблюдали переход звезды.

Но наблюдения ZTF J1813+4251 изменили ситуацию. Наблюдения показали, что звезда-донор примерно такой же температуры, как Солнце, но в 100 раз плотнее. Такая плотность означает, что состав звезды богат гелием, а спутник-белый карлик аккрецирует гелий, а не водород.

Десятилетия назад ученые предсказали, что двойные звезды могут сжиматься до тех пор, пока их орбиты не станут сверхкороткими и не станут катастрофическими переменными. Поскольку белый карлик поглощает водород звезды, подобной Солнцу, остается более плотный гелий. Солнечная звезда выгорает, и остается гелиевое ядро. Тяжелого гелиевого ядра достаточно, чтобы удерживать мертвую звезду на узкой орбите.

Неоднократные наблюдения звезд, затмевающих друг друга, были только началом. С более точными данными, которые собрали исследователи, они выполнили более точное моделирование, чтобы увидеть, что может стать с парой. Эти результаты моделирования ответили на давние вопросы о катаклизмических переменных и их сокращающихся орбитах.

Моделирование показывает, что примерно через 70 миллионов лет пара станет еще ближе, пока их орбитальный период не составит всего 18 минут. В этот момент это будет бинарный гелий CV. Этот переход является «… ранее отсутствующим звеном между двойными гелиевыми CV и богатыми водородом CV», пишут авторы.

На изображениях ниже оранжевая пунктирная линия, красная пунктирная линия и синяя пунктирная линия представляют различные эволюционные траектории в зависимости от того, когда звезда-донор начала терять массу компаньона WD в течение своей жизни. Оранжевый — это когда он начал с 97 процентов времени жизни главной последовательности, красный — 95 процентов, а синий — 94 процента. Черная звезда на красной линии — это ZTF J1813+4251. (Фиолетовая линия представляет собой эволюционный путь другого вероятного переходного CV, названного El Psc, и показан для сравнения.)

Моделирование команды показало эволюционный путь двойной звезды на (а). По мере того, как звезды сближаются, потеря массы ускоряется, а температура звезды-донора повышается, поскольку она пытается отреагировать на потерю массы. Затем температура падает по мере того, как сливается последний водород.

Поскольку орбитальный период сокращается, а звезда-донор теряет массу, она расширяется, и ее температура адиабатически падает из-за расширения. В этот момент двойная звезда представляет собой гелиевый CV.

(b) показывает, как двойная звезда достигнет минимума периода около 18 минут примерно через 75 миллионов лет. После этого пара проведет следующие 300 миллионов лет, разлучаясь, пока ее период не составит около 30 минут. (Ось Y показывает приращение в 100 миллионов лет без маркировки.)

c) показывает эволюцию массы звезды-донора, связанную с орбитальным периодом, достигающую всего нескольких сотых солнечной массы по мере эволюции следов к более длительным орбитальным периодам в виде CV гелия.

d) показывает, как донор теряет свой водород на пути к тому, чтобы стать гелиевым CV. Звезда теряет весь свой водород примерно за минимальный период обращения.

Гравитационные волны также играют роль в этом исследовании. Бердж специализируется на астрофизических источниках гравитационного и электромагнитного излучения. Гравитационные волны были впервые измерены в 2015 году, хотя они были предсказаны задолго до этого, и они являются важной областью изучения в астрономии. «Гравитационные волны позволяют нам изучать вселенную совершенно по-новому», — сказал Бердж.

Эта двойная пара должна излучать гравитационные волны в такой непосредственной близости друг от друга. Они должны быть очень близко друг к другу, чтобы излучать волны, но не слишком близко; на расстоянии около 10 000 км они сольются и взорвутся, прекратив излучение гравитационных волн.

«Люди предсказывали, что эти объекты должны перейти на ультракороткие орбиты, и долгое время обсуждался вопрос о том, смогут ли они перейти на короткие достаточно, чтобы излучать поддающиеся обнаружению гравитационные волны. Это открытие положило конец этому», — сказал Бердж в пресс-релизе.

Бердж и его коллеги усердно работали, чтобы найти эту бинарную пару. Они просмотрели данные из ZTF в поисках переменных, которые неоднократно мелькали менее чем за час. Это сигнализирует о том, что звезды пересекают орбиты друг друга и что орбитальный период короткий. Во-первых, они использовали алгоритм для поиска данных ZTF по более чем миллиарду звезд. Этот алгоритм произвел около миллиона звезд, которые вспыхивали примерно каждый час. Затем Бёрдж просмотрел эту выборку в поисках интересных сигналов.

В конце концов, он остановился на ZTF J1813+4251.

«Всплыла эта штука, где я видел затмение, происходящее каждые 51 час. минут, и я сказал: «Хорошо, это определенно двоичный файл», — сказал Бердж.

«Это особая система, — сказал Бердж. «Нам вдвойне повезло найти систему, которая отвечает на большой открытый вопрос и является одной из самых красивых известных катаклизмических переменных».

Эта статья была первоначально опубликована Universe Today. Прочтите исходную статью.