Неудачники, получившие второй шанс: как два коричневых карлика готовы стать звездой

Коричневые карлики, возможно, заслужили нелестное прозвище «несостоявшиеся звезды», но новое исследование показывает, что они могут столкнуться и слиться, получив второй шанс на успех.

Коричневые карлики — это космические объекты с массой от 13 до 80 масс Юпитера, что составляет примерно от 0,013 до 0,08 массы Солнца. Их считают «неудачниками», потому что, хотя они формируются как обычные звезды — когда огромные, сверхплотные области материи коллапсируют в межзвездных облаках газа и пыли, — им не удается набрать достаточно массы из этих облаков, чтобы запустить в ядре термоядерный синтез водорода в гелий. Именно этот процесс определяет звезду «главной последовательности», подобную Солнцу.

Однако, изучая наблюдения, собранные с помощью комплекса Zwicky Transient Facility (ZTF) в Паломарской обсерватории, группа ученых обнаружила тесную пару коричневых карликов, которые объединили усилия, чтобы преодолеть эту «неудачу». Один из коричневых карликов активно перетягивает вещество со своего компаньона, а это значит, что он может набрать массу, необходимую для запуска термоядерного синтеза в своем ядре, и стать полноценной звездой. Либо же эти коричневые карлики столкнутся и сольются, породив совершенно новую звезду с достаточной массой для запуска термоядерного синтеза.

«Несостоявшиеся звезды получают второй шанс, — заявил в своем заявлении руководитель исследовательской группы Сэмюэл Уайтбук из Калифорнийского технологического института (Caltech). — У коричневых карликов нет внутренних двигателей, как у звезд, но этот результат показывает, что они могут демонстрировать очень интересную динамическую физику».

Выводы команды экстраординарны, поскольку, хотя подобный перенос массы ранее наблюдался в двойных системах, это происходило между звездными телами с гораздо большей массой.

«Это очень экзотические объекты, — сказал член команды Том Принс из Caltech. — Мы рассказывали о них некоторым коллегам, и они не могли поверить, что такое вообще существует».

Пара коричневых карликов, ставшая центром этого открытия, была найдена в архиве Zwicky Transient Facility и обозначена как ZTF J1239+8347 (ZTF J1239). Она находится примерно в 1000 световых лет от нас в созвездии Большой Медведицы. Оба коричневых карлика, каждый массой от 60 до 80 масс Юпитера, вращаются друг вокруг друга настолько тесно, что вся система ZTF J1239 поместилась бы между Землей и Луной.

Исследователи не могут точно сказать, как эти коричневые карлики изначально стали вращаться друг вокруг друга, но они подозревают, что несостоявшиеся звезды были вытянуты из разных систем и сближены гравитационным влиянием другой звезды. Оказавшись на орбите друг друга, коричневые карлики постепенно сближались по спирали, при этом гравитационное воздействие одного из них заставляло его собрата расширяться и становиться менее плотным.

«Когда гравитация одной звезды преодолевает гравитацию другой, вещество начинает перетекать от менее плотной звезды к более плотной, — объясняет Уайтбук. — Это похоже на то, как материя вытекает через сопло».

Это «сопло» выбрасывает вещество от раздутого коричневого карлика в одну точку на его более плотном компаньоне. Этот участок нагревается и начинает ярко светиться. Поскольку это яркое пятно вращается вместе со своим родительским карликом, оно создает значительное изменение яркости всей системы каждые 57 секунд. Именно этот сигнал и выделил эту систему среди двух миллиардов объектов в архиве ZTF.

Это первый случай переноса массы, наблюдаемый в паре коричневых карликов, но исследователи полагают, что может существовать гораздо больше подобных пар, ожидающих своего открытия.

«Мы ожидаем, что обсерватория Веры Рубин (крупная наземная обсерватория в Чили) обнаружит десятки подобных объектов, — заключил Уайтбук. — Мы хотим найти больше, чтобы понять популяцию и то, насколько распространены такие системы. Мы предполагаем, что это происходит чаще, чем можно подумать».

Исследование команды было опубликовано в среду (18 марта) в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Что это значит для науки и что будет дальше?

Открытие системы ZTF J1239+8347 — это не просто редкая находка, она открывает новое окно в понимание эволюции звездных объектов на границе между планетами и звездами. Вот несколько ключевых моментов, над которыми астрономам предстоит работать дальше:

1. Судьба системы. Теперь перед учеными стоит интригующий вопрос: что произойдет с этой парой дальше? Сценарий слияния или превращение одного из карликов в полноценную звезду — это два возможных, но принципиально разных пути. Наблюдение за эволюцией системы в реальном времени (или хотя бы фиксация ее параметров с большей точностью) позволит смоделировать ее будущее.

2. Новый класс переменных объектов. Пульсирующий сигнал с периодом 57 секунд делает ZTF J1239 уникальным маяком. Ученые предполагают, что подобные объекты могут образовывать новый класс переменных звезд — «сверхбыстрых» двойных систем с перетеканием массы. Поиск таких систем станет одной из задач нового поколения телескопов, таких как обсерватория Веры Рубин, которая начнет полномасштабные наблюдения в ближайшие годы.

3. Понимание формирования звезд. Тот факт, что коричневые карлики могут «добирать» массу за счет компаньона, меняет представление об их роли в эволюции галактик. Возможно, многие звезды малой массы начинали свой путь именно как пары «неудачников», которые в итоге смогли зажечь термоядерный синтез.

4. Поиск новых систем. Открытие ZTF J1239 было совершено благодаря анализу огромных массивов данных. Ученые уже сейчас адаптируют алгоритмы машинного обучения для поиска похожих сигнатур в архивах наблюдений, надеясь обнаружить больше таких «вторых шансов» во Вселенной. Если эти объекты действительно распространены, они могут внести существенный вклад в общую звездную массу галактик, который ранее не учитывался.

Это исследование — яркий пример того, как современные обзорные телескопы (ZTF, а в будущем — Rubin) позволяют заглянуть в самые динамичные и скрытые уголки космоса, находя объекты, существование которых еще несколько лет назад казалось маловероятным.