Астрономи вперше помітили нейтронну зорю, що швидко обертається, яка гравітаційно пов’язана з гелієвою зіркою-компаньйоном. Відкриття цієї незвичайної подвійної системи допомагає підтвердити давно теоретизований, але рідко спостережуваний космічний процес під назвою еволюція спільної оболонки.
Бінарні зоряні системи, або пари зірок, які обертаються одна навколо одної, дуже поширені. Насправді, за оцінками, 85% зірок у Всесвіті мають принаймні одного компаньйона. Але ця нещодавно відкрита пара не схожа на жодну з тих, що бачили раніше.
У цьому випадку гелієва зоря пов’язана з мілісекундним пульсаром – нейтронною зіркою, що швидко обертається і випускає пучки випромінювання через регулярні проміжки часу. Ці зорі досягають своєї надзвичайної швидкості обертання, висмоктуючи матерію з найближчих зоряних компаньйонів.
У травні 2020 року команда дослідників під керівництвом Цзінь Лін Хана, радіоастронома з Національної астрономічної обсерваторії та Китайської академії наук у Пекіні, використала китайський радіотелескоп FAST для виявлення слабких сигналів з точки в глибині галактики Чумацький Шлях.
Через кілька місяців дослідники підтвердили, що ці сигнали були випромінюванням пульсара. Потім вони відстежували ці сплески протягом чотирьох з половиною років, і їхні вимірювання показали, що ця зірка не самотня. Насправді вона є частиною подвійної системи, яка обертається навколо свого компаньйона кожні 3,6 години. Але на одній шостій частині цієї орбіти випромінювання пульсара блокується – або затьмарюється – його супутником.
“Це велика частина орбіти, – сказав Хан в інтерв’ю Gizmodo. “Це дивно, таке може зробити тільки більший супутник”.
У подвійних системах мілісекундний пульсар зазвичай супроводжується білим карликом: гарячим, щільним ядром, що залишається після того, як зоря, подібна до нашого Сонця, вичерпала своє паливо. Але дані, зібрані Ханом і його колегами, вказують на те, що цей супутник повинен знаходитися десь посередині між компактним об’єктом і звичайною зіркою, сказав він.
Подальше дослідження цього дивного супутника показало, що він приблизно такий же масивний, як наше Сонце, але не може бути звичайною зіркою, оскільки його неможливо виявити у всіх довжинах хвиль за межами радіодіапазону. Це привело дослідників до висновку, що це зірка, позбавлена водню, в якій залишилося ядро, що складається переважно з гелію. Свої висновки вони опублікували сьогодні в журналі Science.
За словами Хана, цей тип бінарних систем “ніколи не був виявлений раніше”. Але вже давно існує теорія, що така пара може утворитися в результаті еволюції спільної оболонки, і він та його колеги вважають, що саме це і сталося в даному випадку.
“Процес еволюції спільної оболонки дещо відрізняється від того, як часто вважають, що зірки, такі як пульсари, взаємодіють у подвійних системах”, – розповів Gizmodo Дункан Лорімер, професор фізики та астрономії з Університету Західної Вірджинії, який не брав участі в дослідженні, в електронному листі.
Зазвичай інтенсивне гравітаційне поле нейтронної зірки притягує матеріал від зорі-супутника, яка розширилася, дозволяючи її газовим зовнішнім шарам бути “з’їденими” нейтронною зіркою, пояснив він. Цей процес, який називається акрецією, призводить до того, що нейтронна зоря “розкручується” і стає пульсаром.
Але в процесі еволюції загальної оболонки “зоря-компаньйон настільки велика, що її зовнішні шари поглинають і нейтронну зорю”, – каже Лорімер. “Це діє як гальмо для всієї подвійної системи”.
У зовнішніх шарах зорі-компаньйона – оболонці – тертя змушує пульсар і ядро компаньйона обертатися по спіралі один до одного, утворюючи дуже компактну подвійну систему, подібну до тієї, яку зараз спостерігали Хан і його колеги. Маючи орбітальний період всього 3,6 години, цей пульсар і його супутник обертаються дуже близько один до одного.
Зрештою, зовнішні шари зорі-компаньйона витісняються, каже Лорімер, що пояснює, чому гелієва зоря-компаньйон цього мілісекундного пульсара була позбавлена своєї оболонки.
“Еволюційний шлях, який виклали автори, не є несподіваним”, – сказала Gizmodo Вікторія Каспі, професор фізики з Університету Макгілла, яка не брала участі в дослідженні. “Він був визнаний, ідентифікований і детально обговорювався протягом багатьох років”.
“Цікаве питання: якщо ви знайдете 1000 мілісекундних пульсарів, яка частина з них буде схожа на цей? Приблизно один на 1,000, десь так. І вони знайшли її”, – сказала вона.
Хан і його колеги вважають, що в нашій галактиці існує більше десятка інших систем, подібних до цієї, що робить їх надзвичайно рідкісними. Той факт, що ці дослідники знайшли одну з них, є “великим проривом”, – сказав Лорімер.
“Чим більше мілісекундних пульсарів ми знаходимо, тим більша ймовірність того, що ми знайдемо приклади рідкісних результатів еволюції. Ця система є чудовим прикладом цього”, – сказав він.
