Звезда, сообщник и улика из лития: астрономы расследуют космическое «преступление» в 1300 световых годах от Земли

Астрономы столкнулись с настоящей космической загадкой, исследуя небесное место преступления и пытаясь определить, поглотила ли далёкая звезда экзопланету класса суперземля. У звезды, возможно, был сообщник — компаньон в лице «неудавшейся звезды», или коричневого карлика, который мог подтолкнуть несчастную планету к её огненной гибели.

Команда, которой поручено расследование этой тайны, впервые обнаружила улики преступления, когда выяснила, что звезда TOI-5882, расположенная примерно в 1300 световых годах от нас, на удивление богата элементом литием.

«Ты — то, что ты ешь, верно? — пояснила руководитель группы Брук Коттен из Мичиганского университета. — Мы знаем, что в планетарном материале лития гораздо больше, чем в звёздах. Так что, если звезда съедает планету, она приобретает изрядную порцию лития».

Подобные события поглощения происходят чрезвычайно стремительно, в масштабе от нескольких дней до пары недель, а это значит, что поймать звезду с поличным за планетарной трапезой — исключительная редкость. Поэтому астрономам приходится выступать в роли криминалистов космического масштаба и восстанавливать картину событий по имеющимся уликам.

«Именно это делает нашу область такой захватывающей. Ты и вправду распутываешь детективную историю, — говорит Коттен. — Мы не можем просто наблюдать за преступлением, поэтому должны работать со всеми зацепками, которые нам даны, чтобы выяснить, кто виноват».

Коричневый карлик — сообщник или орудие?

Одна из целей подобных расследований — выяснить, какими путями звезда способна поглотить планету. Самый распространённый сценарий наступает, когда звезда исчерпывает водород в ядре в конце своей жизни на главной последовательности. Это приводит к тому, что она раздувается до ста раз от первоначального диаметра, поглощая планеты во время так называемой фазы красного гиганта. В Солнечной системе это произойдёт примерно через 5 миллиардов лет: наше светило распухнет примерно до орбиты Марса, поглотив внутренние каменистые планеты, включая и нашу собственную.

Однако Коттен и её коллеги знают, что в системе TOI-5882 события развивались иначе: эта звезда пока ещё не стала красным гигантом. Вместо этого исследователи полагают, что у солнцеподобной звезды был помощник — коричневый карлик.

Коричневые карлики получили своё несколько обидное прозвище «неудавшихся звёзд» потому, что, несмотря на формирование из коллапсирующих облаков газа и пыли — точно так же, как и обычные звёзды, — они не набирают массу, необходимую для запуска ядерного синтеза водорода в гелий в ядре. А ведь именно этот процесс и определяет сущность звезды главной последовательности. Сама природа этих объектов окутана загадкой: они пребывают в своего рода подвешенном состоянии между планетой и звездой.

Этот конкретный коричневый карлик обладает массой, примерно в 20 раз превышающей массу Юпитера, или около 2% массы Солнца. Этого недостаточно для воспламенения термоядерной реакции, но вполне хватает для того, чтобы оказывать гравитационное влияние на планеты, вращающиеся вокруг TOI-5882. А значит, команда подозревает, что именно коричневый карлик мог возмутить орбиту несчастной планеты достаточно сильно, чтобы та рухнула прямиком в свою звезду.

Что рассказывает космическая улика

Учёным ещё предстоит изучить эту гипотезу подробнее. Возможно, у них пока недостаточно информации, чтобы определить точную причину смерти планеты, но кое-какие данные, позволяющие судить о том, что это был за мир до его уничтожения, уже есть. Ключом послужили наблюдения за химическим составом и содержанием лития у 62 звёзд схожего возраста и массы с TOI-5882.

«Атомы лития, доставленные в звезду планетарным поглощением, подобны спортивным болельщикам, прибывающим на стадион, — пояснил член команды Сет Джейкобсон из Университета штата Мичиган. — Несколько фанатов, пришедших заранее, возможно, уже присутствуют — это изначальное количество лития в звёздной атмосфере, но они быстро оказываются в подавляющем меньшинстве».

Исходя из измеренного обилия лития, команда определила, что погибшая планета была так называемой суперземлёй с массой где-то между удвоенной массой нашей планеты и массой ледяного гиганта Солнечной системы Нептуна, который примерно в 18 раз массивнее Земли.

«Тот факт, что мы можем посмотреть на звезду в 1300 световых годах от нас и с уверенностью сказать: "У этой звезды больше лития, чем можно было бы ожидать", — свидетельство как точности современных приборов, так и кропотливой интерпретационной работы, которая требуется, чтобы осмыслить этот сигнал, — отметила Мелинда Соареш-Фуртадо, старший автор исследования и доцент Висконсинского университета. — И это не тот случай, когда нужно выискивать данные, чтобы что-то доказать. Сигнал устойчивый. Как ни крути, TOI-5882 настолько обогащена литием, что оказывается по меньшей мере в 97-м процентиле».

Соареш-Фуртадо добавила, что TOI-5882 — одна из немногих звёзд, в которых она видела свидетельства планетарного поглощения, хотя некоторые другие звёзды из контрольной выборки тоже обогащены литием, пусть и не в той степени, что TOI-5882. А это значит, что у команды появилась ещё одна загадка. И Соареш-Фуртадо, похоже, это обстоятельство ничуть не расстраивает.

«В детстве я мечтала стать частным детективом, — призналась она. — Думаю, это многое объясняет в том, куда я в итоге попала. Я и правда чувствую себя сыщиком».

Исследование команды было опубликовано в понедельник, 15 июня, в журнале The Astrophysical Journal. Материал подготовлен на основе пресс-релиза исследовательской группы и публикации в рецензируемом научном издании.