Звёзды могут пережить превращение своего партнёра в сверхновую

Когда массивная звезда погибает в результате взрыва сверхновой, это не очень хорошая новость для планет и звёзд, которые находятся поблизости. Как правило, это катастрофическое событие разрушает близлежащие миры и отправляет звезды-компаньоны в космическое пространство. Поэтому астрономы были весьма удивлены, обнаружив 21 нейтронную звезду — по сути, звёздные ядра, оставшиеся после взрывов сверхновых, — в бинарных системах со звёздами, похожими на Солнце.

Команда под руководством Карима Эль-Бадри из Калифорнийского технологического института обнаружила эти космические странности с помощью наблюдений, проведённых миссией «Гайя» Европейского космического агентства. Её астрометрические данные выявили «колебания» на орбитах солнцеподобных компаньонов. Затем команда провела спектральные наблюдения за объектами. По сути, эта работа помогла обнаружить новую популяцию «тёмных» нейтронных звёзд, которые всё ещё танцуют орбитальные танцы со своими солнцеподобными партнёрами. По словам Эль-Бадри, теперь задача состоит в том, чтобы объяснить, почему существуют эти необычные пары.

«У нас до сих пор нет полной модели того, как образуются эти бинарные систем», — говорит он. «В принципе, прародитель нейтронной звезды должен был стать огромным и взаимодействовать со звездой солнечного типа на поздней стадии её эволюции».

Выжить после сверхновой?

Кажется нелогичным считать, что звезда выживет после такой близкой катастрофы. Сам процесс начинается с того, что массивная звезда-прародитель расширяется, старея. Этот процесс отталкивает меньшую звезду. Непосредственно перед тем, как произошла сверхновая, умирающая звезда, вероятно, на какое-то время поглощает свою спутницу. Некоторые теории предполагают, что поглощение само по себе может уничтожить меньшую звезду. Другие говорят, что оно хотя и влияет на звезду, но не уничтожает её полностью.

В какой-то момент ядро большой звезды разрушается, когда у неё заканчивается топливо. Все остальные слои обрушиваются на ядро. Температура и давление, возникающие при этом, сжимают то, что осталось от ядра, в комок нейтронов. Затем внешние слои отскакивают от ядра и вылетают в космос. Именно эту часть мы видим как взрыв сверхновой. Если звезда-компаньон ещё существует, её должно выбросить из системы. Однако в этих странных двойных системах этого не произошло. Нейтронная звезда и звезда-компаньон остались вместе.

Теперь задача команды Эль-Бадри — выяснить, почему. «Открытие этих новых систем показывает, что по крайней мере некоторые бинарные звёзды выживают в этих катаклизмических процессах, хотя модели пока не могут полностью объяснить, каким образом», — сказал он. В статье, посвящённой находке, команда также говорит о том, что не исключает, что нейтронные звёзды могут быть сверхмассивными белыми карликами или бинарами белых карликов.

Поиск нейтронных звёзд и их спутников

Цель миссии «Гайя» — просканировать небо и найти «колебания» в движении более чем миллиарда звёзд. Колебания вызывают планеты, движущиеся по орбите вокруг звёзд. Однако их также вызывает гравитационное притяжение близлежащих чёрных дыр, нейтронных звёзд или более массивных звёзд.

Нейтронные звёзды — это массивные шары из нейтронов размером около 20 км в поперечнике, но плотнее Солнца. Они образуются, когда разрушающиеся звёздные слои сминают ядро звезды-прародительницы сверхновой. Когда нейтронная звезда и её спутник вращаются вокруг общего центра масс, гравитация нейтронной звезды притягивает её спутника, что заставляет его смещаться вперёд-назад, создавая характерное «колебание». «Гайя» обнаружила эти колебания, а затем учёные использовали данные последующих наблюдений на нескольких наземных телескопах, включая обсерваторию У. М. Кека на Маунакеа (Гавайи), обсерваторию Ла Силла в Чили и обсерваторию Уиппл в Аризоне. Это дало им больше информации о массах и орбитах скрытых нейтронных звёзд.

Нейтронные звёзды вращались на орбите других звёзд, похожих на Солнце, и эти орбиты были довольно тесными и близкими. В таких случаях перенос массы между двумя компаньонами делает нейтронную звезду ярче в рентгеновском или радиодиапазоне. Этого нельзя сказать о 21 системе, изученной командой Эль-Бадри. Тела в них находятся гораздо дальше друг от друга на более широких орбитах. Это ограничивает количество материала, которое нейтронная звезда может «украсть» у своего компаньона. В результате эти объекты тёмные и тихие. «Это первые нейтронные звёзды, обнаруженные исключительно благодаря их гравитационному воздействию», — говорит Эль-Бадри.

Анимация бинарной звёздной системы, содержащей нейтронную звезду, образовавшуюся в результате сверхновой, и компаньона, похожего на Солнце.

Проследить путь от сверхновой до бинарной системы

Итак, теперь у астрономов есть популяция двойных нейтронных звёзд/солнцеподобных звёзд, которую можно объяснить. Теперь команда будет работать над тем, чтобы выяснить, почему эти редкие пары всё ещё существуют. «По нашим оценкам, примерно одна из миллиона звёзд солнечного типа вращается вокруг нейтронной звезды по широкой орбите», — говорит Эль-Бадри.

Его также интересуют подобные совпадения между «спящими» (и в основном невидимыми) чёрными дырами и звёздами, похожими на Солнце. Он знает о двух из них, включая одну под названием Gaia BH1, которая находится на расстоянии всего 1600 световых лет от нас. Тот факт, что эти странные пары тоже существуют, открывает множество вопросов. «Мы не знаем наверняка, как образовались эти двойные чёрные дыры», — говорит Эль-Бадри. «В наших моделях эволюции бинарных звёзд явно есть пробелы. Если мы найдём больше таких тёмных компаньонов и сравним статистику их населения с предсказаниями различных моделей, это поможет нам понять, как они образуются».