Российские ученые обнаружили необычную звезду, которая получилась в результате слияния белых карликов, но не вспыхнула в виде сверхновой. Это нестабильное светило должно существовать не более нескольких десятков тысяч лет, после чего ему предстоит превратиться в нейтронную звезду, но очень яркой вспышки уже не ожидается, пишут авторы в препринте на arXiv.org.
Существует несколько эволюционных путей звезд, которые приводят к рождению яркой вспышки — сверхновой. Такие явления бывают разных типов, их классифицируют по наличию особенностей в спектрах. У сверхновых типа II есть линии излучения водорода, у сверхновых типа Ia есть линии поглощения кремния, у Ib не наблюдается кремния, но есть излучение гелия, а у Ic нет ни гелия, ни кремния. Вспышки типа II также подразделяются на более мелкие категории на основе особенностей кривых блеска, то есть зависимости яркости от времени.
Как и многие другие устоявшиеся определения в астрономии, классификация сверхновых в большей степени отражает исторические аспекты исследований этого феномена, а не физические различия между ними. Так, все типы сверхновых, кроме Ia, — это проявление катастрофического коллапса ядра массивной звезды, в результате которого формируется нейтронная звезда или черная дыра, если звезда была достаточно тяжелой.
Вместе с тем, ученые до сих пор не пришли к единому мнению о природе предшественников сверхновых Ia. Эти яркие вспышки исключительно важны для космологии, так как обладают примерно одинаковой светимостью на пике кривой блеска, что позволяет использовать их в качестве стандартных свечей, то есть определять расстояние до событий, измеряя видимую яркость.
Основная гипотеза, объясняющая возникновение таких событий, — термоядерный взрыв белого карлика. Такое должно происходить при превышении предела Чандрасекара — формально максимальной массы для такого типа звезд, больше этого порога давление вырожденных электронов не позволяет остановить дальнейший коллапс. Считается, что масса белого карлика увеличивается в результате взаимодействия с компаньоном в двойной системе, хотя ни одного случая наблюдения объектов до произошедшего взрыва сверхновой типа Ia на данный момент нет.
Компаньоном может быть обычная звезда или другой белый карлик. В последнем случае два компактных светила должны слиться и взорваться в виде сверхновой Ia. Однако возможен иной сценарий, при котором образуется нестабильный сверхмассивный замагниченный и быстро вращающийся белый карлик. Для такого тела должен быть характерен исключительно сильный звездный ветер (улетающий от светила поток массивных частиц), который будет участвовать в формировании окружающей туманности, сильно обедненной водородом и гелием, так как в самих белых карликах мало этих элементов.
В работе российских астрономов под руководством Василия Гварамадзе из Государственного астрономического института имени Штернберга (ГАИШ МГУ) описываются результаты наблюдения объекта, подходящего по многим параметрам на роль подобной несостоявшейся сверхновой. Звезду и окружающую ее туманность (обе называются WS35), ученые обнаружили в созвездии Кассиопеи.
Полученный на шестиметровом телескопе БТА спектр излучения звезды и сравнение его с теоретическими моделями показывают, что температура поверхности центральной звезды должна составлять порядка 200 тысяч кельвин, а по массе она на 80 процентов состоит из кислорода и на 20 процентов из углерода. В спектре не было найдено линий водорода и гелия, как и должно быть в случае слияния белых карликов. Оценочная скорость звездного ветра составляет 16 тысяч километров в секунду — таких высоких значений в норме не наблюдают. Обычно звездные ветра горячих светил разгоняются давлением излучения, но даже это не позволяет достичь столь высоких значений. С другой стороны, наблюдения можно объяснить быстрым вращением звезды со значительным магнитным полем, что опять же полностью соответствует предсказаниям теории.
Также объект соответствует другим теоретическим ожиданиям о сверхчандрасекаровских звездах: положению на диаграмме Герцшпрунга — Рассела и наличию туманности с малым содержанием водорода и гелия, образовавшейся в результате значительной потери массы во время слияния и после него. Светимость WS35 превышает модельное значение для тела с массой 1,49 масс Солнца, что уже больше, чем предел Чандрасекара — 1,4 массы Солнца. При этом в среднем белые карлики обладают массой всего в 0,6 солнечных.
На основе размера окружающей туманности и теоретических предсказаний скорости ее расширения авторы оценивают возраст системы — 16 тысяч лет. Вместе с положением на диаграмме Герцшпрунга — Рассела вблизи конечной стадии эволюции подобных тел это говорит о скором коллапсе светила с превращением в маломассивную нейтронную звезду. Ученые предсказывают, что этот переход будет сопровождаться гамма-всплеском, резким увеличением нейтринного потока и быстрой, но неяркой сверхновой типа Ic.
Помимо новой информации о предполагаемых предшественниках сверхновых Ia, данная работа также подтверждает модельные оценки, что около 10 процентов звезд на главной последовательности и белых карликов являются продуктами слияний. В таком случае, как правило, должны получаться светила с большим магнитным полем, что может помочь объяснить наблюдаемое количество массивных замагниченных звезд.
Прогресс в наблюдательной технике позволил в последние годы намного больше узнать о белых карликах, которые обладают небольшой по сравнению с обычными звездами светимостью. В частности, орбитальный телескоп Gaia позволил обнаружить «грязный» белый карлик, в атмосфере которого содержится много металлов. Такое может происходить в результате разрушения близких планет. Также недавно впервые удалось наблюдать сжатие молодого белого карлика.
Тимур Кешелава
Его происхождение остается загадкой
Астрономы подтвердили открытие новой нептуноподобной экзопланеты, которая оказалась рекордно плотной среди подобных тел. TOI-1853b может представлять собой практически лишенное атмосферы ядро из воды и горных пород, а также попадает в «пустыню нептунов». Статья опубликована в журнале Nature. Экзопланеты, сравнимые по размерам с Нептуном, могут обладать разным составом и внутренней плотностью в зависимости от эволюционного пути, расстояния до звезды и активности процесса потери атмосферы. Они могут представлять собой тела с твердым ядром и толстой водородно-гелиевой атмосферой, а могут быть планетами, содержащими большое количество воды, демонстрировать обилие горных пород и даже иметь тонкую атмосферу. Группа астрономов во главе с Луки Напониелло (Luca Naponiello) из Римского университета Тор Вергата сообщила об открытии нового представителя нептуноподобных экзопланет TOI-1853b, который сильно выделяется по своим свойствам от других подобных тел. Первоначально его обнаружил космический телескоп TESS, затем открытие было подтверждено по данным наземных телескопов MuSCAT2, ULMT, SOAR и LCOGT, обсерваторий «Джемини-Север» и Кека, а также спектрографа HARPS-N. Родительская звезда относится к спектральному классу K2.5 V, она находится в 544 световых годах от Солнца и обладает массой 0,837 массы Солнца и радиусом 0,808 радиуса Солнца. Вокруг нее по орбите с периодом 1,24 дня и длиной большой полуоси 0,0213 астрономической единицы обращается экзопланета с радиусом 3,46 радиуса Земли и массой 73,2 массы Земли. Это дает значение средней объемной плотности в 9,74 граммов на кубический сантиметр, что примерно в шесть раз больше, чем у Нептуна. Внутренний состав TOI-1853b лучше всего описывается моделью ядра, состоящего из воды и горных пород, лишенного газовой оболочки или обладающего незначительной газовой оболочкой из водорода и гелия. Расчетное характерное давление в недрах экзопланеты может в 50 раз превышать давление на границе ядра и мантии Земли, таким образом, ядро может быть металлическим и окруженным мантией, богатой водой в виде льда или в виде сверхкритического флюида. TOI-1853b также попадает в центр «пустыни нептунов» — зоны дефицита нептуноподобных короткопериодных экзопланет, происхождение которой остается предметом споров. Объяснить образование такой экзопланеты сложно из-за значительного содержания в ней тяжелых элементов. В частности, ростTOI-1853b только за счет аккреции планетезималей из льда и горных пород кажется малореальным. Возможно, в системе в прошлом произошло высокоскоростное столкновение между двумя массивными протопланетами, или же TOI-1853b изначально была массивным гигантом с атмосферой, а затем потеряла большую часть массы из-за приливного разрушения вблизи периастра во время орбитальной миграции с высоким эксцентриситетом на раннем этапе жизни системы. Ранее мы рассказывали о том, как мини-нептун не смог объяснить необычное радиоизлучение от спокойного красного карлика.