Астрономы нашли популяцию разделенных звезд-близнецов

Ученые проанализировали данные о 42 тысячах двойных звезд главной последовательности с большим расстоянием между компонентами и обнаружили избыток пар с почти одинаковой массой, находящихся на расстоянии в тысячи астрономических единиц. Авторы удостоверились в реальности этого эффекта и его статистической значимости. Предположительно, звезды сформировались гораздо ближе друг к другу, но затем постепенно разошлись, пишут исследователи в препринте на arXiv.org.

Большинство звезд во Вселенной входят в кратные системы, то есть образуют двойные, тройные и другие группы, обращающиеся вокруг единого центра масс. Так происходит из-за преимущественного формирования новых светил в молекулярных облаках — обширных скоплениях холодного газа и пыли, масса которых может достигать миллионов солнечных.

Одной из основных нерешенных задач в астрономии остается точное измерение и теоретическое обоснование начальной функции масс, то есть распределения новорожденных звезд по массам. Существующие наблюдения показывают подобные распределения даже в случае облаков с различными параметрами. Однако наблюдение самых ранних этапов формирования затруднено из-за плотности и непрозрачности облаков во многих диапазонах, а теоретическое описание — из-за большого количества вовлеченных процессов, таких как турбулентность и химические реакции в среде.

Кратные звездные системы интересны со многих точек зрения: они могут порождать светила уникальных классов (голубые бродяги), быть предшественниками сверхновых типа Ia, излучать гравитационные волны и многое другое. Однако в контексте звездообразования они важны в первую очередь тем, что детальные наблюдения их орбит позволяют определить параметры компонентов, в том числе массы.

Исследования кратных звезд значительно продвинулись с запуском в декабре 2013 года астрометрического спутника Gaia. Аппарат был создан для определения координат примерно миллиарда звезд нашей Галактики, но благодаря высокой точности способен измерять и их орбитальные движения в кратных системах, а также угловое разделение между компонентами.

Астрономы еще несколько десятков лет назад обратили внимание на избыток двойных звезд с отношением масс компонент от 0,95 до 1. Тем не менее, в течение долгого времени это считалось связано с эффектом наблюдательной селекции, так как подобные двойные легче наблюдать. Если это объяснение верно, то увеличение статистики должно свести на нет данный всплеск.

В работе астрономов из Германии, США и Франции под руководством Карима Эль-Бадри (Kareem El-Badry) анализируется 42 тысячи широких двойных систем не далее 200 парсек от Солнца из каталога Gaia. В данных удалось выделить значимый избыток похожих звезд. Чтобы опровергнуть влияние эффекта селекции, авторы сравнили результаты с выборкой не входящих в кратные системы звезд, которые, тем не менее, расположены рядом. В распределении параметров последних никакого избытка для светил равной массы не наблюдается.

Точные астрометрические измерения параллакса, которые провела Gaia, позволяют также определить физическое расстояние до систем, а не угловое. Это позволило авторам построить график, где по горизонтали отложено расстояние между компонентами в астрономических единицах — средних удаленностях между Солнцем и Землей. Оказалось, что найденное преобладание похожих звезд наблюдается вплоть до экстремальных широких двойных с разделением в 10 тысяч а.е., то есть примерно в 250 раз больше, чем между Солнцем и Плутоном.

Астрономы отмечают, что на данный момент нет теории, которая могла бы объяснить полученные данные, так как фрагментация охлаждающегося плотного ядра молекулярного облака не должна порождать корреляцию между массами звезд, сформировавшихся на столь больших расстояниях.

Объяснить обнаруженную закономерность можно, если предположить, что данные звезды изначально формировали намного более тесную систему (с разделением не более 10 а.е.), которая в процессе дальнейшей эволюции стала столь широкой. В таком случае можно добиться соответствия с некоторыми современными теориями звездообразования, в которых воспроизводится избыток звезд-близнецов с относительно небольшими разделениями.

Авторы провели симуляцию эффектов динамического взаимодействия с газом и окружающими звездами в рамках простой модели, которая воспроизвела корреляцию масс вплоть до экстремальных разделений. Однако исследователи отмечают, что это не дает ответ на многие другие закономерности, такие как связь между массами звезд в двойных и расстоянием между ними.

Подробно о некоторых предыдущих открытиях спутника Gaia специально для нас писал астроном Антон Бирюков в материале «Звезды-пришельцы». Также недавно астрономы впервые получили фотографию планеты и диска у двойной звезды, а также обнаружили двойную систему звезд-бегунов.

Тимур Кешелава