В нашей Вселенной большинство звёзд образуют пары, наше Солнце является исключением. Многие звёзды вращаются вокруг подобных звёзд, в то время как экзотические пары между звёздами и космическими объектами рассеяны по Вселенной. Чёрные дыры часто вращаются друг вокруг друга, но пара между звездой, похожей на Солнце, и нейтронной звездой — довольно редкая.
Астрономы под руководством Карима Эль-Бадри из Калифорнийского технологического института обнаружили 21 нейтронную звезду, вращающуюся на орбите вокруг звёзд, подобных нашему Солнцу.
Нейтронные звёзды — плотные выгоревшие ядра массивных звёзд. Их нельзя обнаружить непосредственно, но когда нейтронная звезда вращается вокруг звезды, подобной Солнцу, она притягивает своего компаньона, заставляя звезду колебаться. Используя данные миссии Gaia Европейского космического агентства (ESA), астрономы смогли обнаружить эти характерные колебания и обнаружить новую популяцию нейтронных звезд.
«Gaia непрерывно сканирует небо и измеряет колебания более миллиарда звёзд, поэтому есть хорошие шансы обнаружить даже очень редкие объекты», — говорит Эль-Бадри, доцент кафедры астрономии в Калифорнийском технологическом институте и приглашённый научный сотрудник в Институте астрономии Общества Макса Планка в Германии.
Источник: Caltech / R. Hurt (IPAC)
Для продолжения наблюдений Gaia и получения дополнительной информации о массах и орбитах открытых нейтронных звёзд было задействовано несколько наземных телескопов, включая обсерваторию WM Keck на Мауна Кеа (Гавайи), обсерваторию La Silla в Чили и обсерваторию Whipple в Аризоне.
Прежде уже было обнаружено несколько нейтронных звёзд на орбите вокруг звёзд, подобных нашему Солнцу, но все эти системы были более компактными. В новом исследовании нейтронные звёзды находятся гораздо дальше от своих компаньонов — примерно в один-три раза дальше расстояния между Землёй и Солнцем. Это означает, что новооткрытые звёзды находятся слишком далеко от своих партнеров, чтобы «красть» с них вещество, и поэтому они «неподвижны и темны».
«Это первые нейтронные звёзды, обнаруженные исключительно благодаря их гравитационному воздействию», — говорит Эль-Бадри.
Открытие стало неожиданностью, поскольку неясно, как взорвавшаяся звезда оказалась рядом со звездой, подобной нашему Солнцу. Это показало, что по крайней мере некоторые двойные звёзды не разрушаются вследствие этих катастрофических процессов, хотя модели пока не могут полностью объяснить, как это происходит.
Gaia смогла обнаружить необычных компаньонов благодаря их широким орбитам и длительным периодам. «Если объекты находятся слишком близко, то колебание будет слишком малым для обнаружения. Gaia более чувствительна к более широким орбитам», — говорит Эль-Бадри. Gaia также наиболее чувствительна к двойным звёздам, которые находятся относительно близко. Большинство обнаруженных систем расположены в пределах 3000 световых лет от Земли.
Наблюдения также показывают, насколько редки эти пары. «Мы оцениваем, что примерно одна из миллиона звёзд солнечного типа вращается вокруг нейтронной звезды по широкой орбите», — отмечает Эль-Бадри. В своей научной деятельности он также интересуется поиском «спящих» чёрных дыр на орбите звёзд, подобных Солнцу. Используя данные Gaia, он обнаружил две такие чёрные дыры в нашей галактике. Одна из них, Gaia BH1, является ближайшей известной чёрной дырой к Земле, находящейся на расстоянии 1600 световых лет.
«Мы не знаем наверняка, как образовались эти двойные чёрные дыры. В наших моделях эволюции двойных звёзд явно есть пробелы. Нахождение большего количества этих тёмных компаньонов и сравнение статистики их популяции с прогнозами различных моделей поможет нам собрать воедино то, как они формируются».
Это открытие не только расширяет понимание парных звёздных систем, но и имеет важные последствия для изучения гравитационных волн и других астрофизических явлений. Астрономы надеются, что дальнейшие исследования помогут пролить свет на формирование и эволюцию этих редких и загадочных звёздных пар.