Танец трёх солнц: как система с «головой и плечами» рассказала о своем рождении и гибели

Существует тройная звездная система, где с нашей точки зрения все три светила поочередно затмевают друг друга. Она выделяется как одно из самых хорошо изученных звездных трио. По мере старения эти звезды могут даже слиться воедино.

Эта система, получившая название TIC 295741342, находится в 3080 световых годах от Земли и была обнаружена миссией NASA TESS (Спутник для обзора транзитных экзопланет). В её центре находится двойная система, состоящая из двух звезд, почти идентичных нашему Солнцу, вокруг которых вращается более крупная третья звезда массой в 1,7 солнечных.

Тройные звездные системы во множестве встречаются в галактике, но TIC 295741342 примечательна тем, что орбиты всех трех звезд лежат в одной плоскости, и эта плоскость повернута к нам ребром.

Узор «голова и плечи»

TESS строит кривые блеска звезд — по сути, графики зависимости яркости от времени. Обычно телескоп ищет крошечные провалы в свете, когда экзопланета проходит перед своей звездой, но также он превосходно фиксирует моменты в двойных и тройных системах, когда звезды заслоняют друг друга — не просто проходят транзитом, а именно затмевают.

Брайан Пауэлл, астроном из Центра космических полетов имени Годдарда NASA, описывает кривую блеска TIC 295741342 как узор «голова и плечи», особенно заметный в перевернутом виде. TESS регистрирует падение яркости, когда две звезды внутренней пары затмевают друг друга. Этот провал — одно из «плеч». Затем следует более глубокий провал, когда третья, внешняя звезда заслоняет собой всю двойную систему, создавая «голову». Когда двойная система выходит из-за третьей звезды, продолжая при этом затмевать друг друга, кривая блеска возвращается к первоначальному падению яркости — второму «плечу», — и, наконец, восстанавливается до полной яркости, когда ни одно из затмений не происходит.

Пауэлл рассказал Space.com, что «очень немногие из известных тройных звездных систем настолько близки к идеальной компланарности, как TIC 295741342, особенно учитывая, что это такая широкая система».

Фрагментация диска

Под компланарностью Пауэлл подразумевает, что все три звезды вращаются в одной плоскости, подобно тому как планеты Солнечной системы движутся более или менее в одной плоскости эклиптики. Наши планеты находятся в одной плоскости (точнее, в пределах шести градусов от неё), потому что они сформировались из газопылевого диска, окружавшего молодое Солнце. Пауэлл предполагает, что звезды TIC 295741342 тоже родились из диска, но такого, который фрагментировался.

«Протозвездный диск распался на части, которые и сформировали звездных компаньонов», — пояснил Пауэлл.

Не все тройные системы образуются таким путем. Во многих случаях третья звезда вращается под углом к центральной двойной системе — но в таких сценариях она была гравитационно захвачена парой, пока они все еще находились в тесных пределах своего родного скопления.

Однако фрагментация диска — не такое уж редкое явление. Были найдены сотни компланарных тройных систем, и их число особенно пополнилось благодаря открытиям, сделанным сначала космическим телескопом NASA «Кеплер», а теперь и TESS. И всё же лишь немногие тройные звездные системы изучены так же хорошо, как TIC 295741342.

Опасная зона для планет

Две солнцеподобные звезды, составляющие внутреннюю пару, имеют орбитальный период всего 4,75 дня и разделены расстоянием около 10,6 миллиона километров; их массы были выведены из измерений лучевой скорости с помощью спектрографа на 1,5-метровом рефлекторе Tillinghast в Обсерватории Уиппла в Аризоне. Третья, внешняя звезда совершает оборот вокруг двойной пары за 412,8 дня (1,13 года) на расстоянии 253,7 миллиона километров.

Это значительно шире, чем многие другие найденные тройные затменные системы, такие как Лямбда Тельца, идентифицированная в 1956 году как первая известная затменная тройная система, где внешняя звезда имеет период 30,5 дня. Ещё более тесной является TIC 290061484 — затменная тройная система, найденная TESS в 2024 году, где внутренняя пара имеет период 1,8 дня, а внешняя звезда — всего 24,5 дня.

Могут ли такие тройные системы обладать планетами? Вокруг двойных звезд существует зона нестабильности для планет на околозвездных орбитах, в которой планета не может подходить ближе, чем на расстояние, соответствующее четырехкратному периоду двойной системы. В случае внутренней пары в TIC 295741342 это привело бы к зоне нестабильности вплоть до орбитального периода в 19 дней, что всё еще довольно близко к звездам. Однако присутствие внешней третьей звезды на расстоянии лишь немногим большем, чем дистанция от Марса до Солнца, оборвет многие возможные планетные орбиты дальше от двойной системы. У третьей звезды могли бы быть свои планеты, но опять же, двойная система сделала бы любые крупные орбиты нестабильными.

Тем не менее, в широких тройных системах возможны стабильные планетные орбиты с некоторыми оговорками. «Орбита планеты должна была бы быть очень широкой, — говорит Пауэлл. — И её было бы трудно найти».

Забавно представить, что могли бы испытывать обитатели миров или лун у внешней звезды во время затмений. Вообразите себе обитаемую луну, находящуюся в приливном захвате у своей планеты. Большую часть времени она будет освещена — будь то свет от её звезды, которой является внешнее светило, от двойной звезды чуть поодаль или даже отраженный свет от планеты. Однако в определенные моменты выстроится череда затмений: внешняя звезда заслонит двойную, а планета заслонит внешнюю звезду, если смотреть с луны. И только в эти моменты полушарие луны, обращенное к планете, погрузится в полную тьму.

Будущая новая

В то время как компланарная природа TIC 295741342 рассказывает нам о её зарождении, то, что мы узнали о звездах благодаря их расположению в одной плоскости, также говорит нам о том, как они закончат свой путь.

Внешняя звезда системы TIC 295741342 начинает стареть. Она уже сошла с главной последовательности, покинув ряды солнцеподобных звезд, сжигающих водород, и превратилась в красный гигант. Она раздулась до диаметра, в 10,6 раза превышающего диаметр нашего Солнца, и продолжит расширяться. В конце концов она станет настолько большой и рассеянной, что гравитация двойной звезды начнет перетягивать вещество из красного гиганта, что может привести к самым разным пертурбациям.

Его рассеянные внешние слои могут образовать общую оболочку из звездного материала, окутывающую все три звезды. Это может дестабилизировать орбиту двойной системы и потенциально привести к её слиянию. Затем, в будущем, когда компоненты двойной звезды войдут в фазу красного гиганта — задолго после того, как внешняя звезда станет компактным белым карликом, — перенос массы может возобновиться в обратном направлении, и вещество начнет падать на поверхность белого карлика. Это спровоцирует взрывные вспышки на белом карлике, которые будут видны по всей галактике как извержение новой.

Кажется, история трёх звезд TIC 295741342 уже написана благодаря тщательным наблюдениям, включая четыре года исследований лучевых скоростей для расчета массы звезд, наблюдениям затмений телескопом TESS и определению формы орбиты внешней звезды.

«Ценность этой системы — в исчерпывающих данных, — говорит Пауэлл. — Это делает её превосходным кандидатом для эволюционных исследований. Наблюдая за тем, как эти трое взаимодействуют сегодня, мы словно читаем учебник по звездной динамике, где каждая глава предсказывает следующую, приближая нас к пониманию того, как рождаются и умирают самые экзотические системы Млечного Пути».