Впервые астрономы сделали снимки, на которых видно, как звезда поглощает одну из своих планет. Звезда, названная ZTF SLRN-2020, расположена в галактике Млечный Путь, в созвездии Орла. Когда звезда поглотила свою планету, звезда стала ярче в 100 раз по сравнению с нормальным уровнем, что позволило команде астрономов из 26 человек, с которой я работал, обнаружить это событие в том виде, в котором оно произошло.
Я астрофизик-теоретик, и я разработал компьютерные модели, которые наша команда использует для интерпретации данных, которые мы собираем с телескопов. Хотя мы видим только воздействие на звезду, а не на планету напрямую, наша команда уверена, что событие, свидетелями которого мы стали, было проглатыванием планеты своей звездой. Первое наблюдение за таким событием подтвердило давнее предположение о том, что звезды поглощают свои планеты, и пролило свет на то, как протекает этот увлекательный процесс.
Команда, с которой я работаю, ищет вспышки света и газа, которые возникают, когда две звезды сливаются в одну большую звезду. Для этого мы использовали данные Zwicky Transient Facility, телескопа, расположенного на горе Паломар в Южной Калифорнии. Он делает ночные снимки широких полос неба, и затем астрономы могут сравнивать эти изображения, чтобы найти звезды, яркость которых меняется с течением времени, или то, что называется астрономическими переходными процессами.
Поиск звезд, которые меняют яркость, не является проблемой — нужно выяснить причину любого конкретного изменения звезды. Как любит говорить мой коллега Кишалай Де: «В небе полно вещей, которые взрываются». Хитрость в определении звездных слияний заключается в объединении видимого света — например, данных, собранных в Паломаре, — с инфракрасными данными космического телескопа НАСА WISE, который исследовал все небо в течение последнего десятилетия.
В 2020 году звезда ZTF SLRN-2020 внезапно стала в 100 раз ярче в видимом свете всего за 10 дней. Затем он медленно начал возвращаться к своей нормальной яркости. Примерно за девять месяцев до этого тот же объект начал излучать много инфракрасного света. Именно так это выглядит, когда две звезды сливаются вместе, с одним важным отличием — все было уменьшено. Яркость и полная энергия этого события были примерно в тысячу раз ниже, чем у любой из сливающихся звездных пар, обнаруженных астрономами на сегодняшний день.
Идея о том, что звезды могут поглотить некоторые из своих планет, была давним предположением в астрономии. Астрономам давно известно, что когда в ядрах звезд заканчивается водород, они становятся ярче и начинают увеличиваться в размерах.
Многие планеты имеют орбиты, которые меньше, чем возможный размер их родительских звезд. Итак, когда у звезды заканчивается топливо и она начинает расширяться, близлежащие планеты неизбежно поглощаются.
Во вспышке ZTF SLRN-2020 наша команда так и не увидела саму планету, только яркое свечение, когда звезда поглотила планету. Именно здесь объединение теоретических моделей с данными наблюдений позволило нам понять, что запечатлели телескопы.
Слияние двух звезд в одну большую звезду — это драматическое событие, выбрасывающее материю в окружение звезд. Большая часть моей карьеры была сосредоточена на моделировании того, как звездный газ движется, сталкивается сам с собой и выбрасывается в эти моменты интенсивного взаимодействия.
Моя работа показала, что общая масса материи, выброшенной при слиянии, пропорциональна размеру объектов, вовлеченных в слияние. Объедините две одинаково большие звезды, и вы увидите огромное возмущение. Объедините одну звезду с компаньоном гораздо меньшего размера, и событие может выбросить крошечную часть общей массы звезд.
Энергия, выделившаяся при взрыве ZTF SLRN-2020, была в тысячу раз ниже типичной для слияния двух звезд. Это означает, что объект, слившийся со звездой, весил в тысячу раз меньше, чем обычная звезда. Эта подсказка указала нашей команде на газовую планету-гигант, вроде Юпитера в нашей Солнечной системе, которая весит примерно в тысячу раз меньше Солнца.
Однако по сравнению с Юпитером эта планета, должно быть, вращалась намного ближе к звезде, и один оборот вокруг звезды занимал всего несколько дней. Около 1% звезд разделяют эту конфигурацию большой планеты, вращающейся невероятно близко к своей родительской звезде.
Кроме того, я думаю, что эта конфигурация большой планеты, близкой к своей звезде, важна для создания события, которое увидела наша команда. Мои прошлые исследования показывают, что меньшие планеты — или планеты на более далеких орбитах, которые поглощаются только после того, как звезда значительно увеличилась в размерах, — могут быть поглощены без заметной вспышки.
Благодаря нашим данным и моделированию для ZTF SLRN-2020 наша команда смогла нарисовать гораздо более четкую картину того, как звезды и планеты сливаются. Во-первых, планета много лет скользит по поверхности звезды, медленно нагреваясь и выбрасывая вещество из атмосферы звезды. Когда этот газ расширяется и охлаждается, часть его образует молекулы и пыль. Это облако пыли придает звезде все более красный цвет и излучает все большее количество инфракрасного излучения.
В случае с ZTF SLRN-2020 орбита планеты сначала уменьшалась медленно, а затем все быстрее и быстрее по мере того, как планета врезалась в более плотные слои атмосферы звезды. В конце концов, всего за несколько последних дней планета погрузилась под поверхность звезды и была разорвана на части жаром и силой столкновения. Этот быстрый впрыск энергии обеспечил тепло для обеспечения 10-дневного стократного увеличения яркости ZTF SLRN-2020. После этого кульминационного момента звезда начала тускнеть, сообщая нашей команде, что процесс поглощения планет закончился и что звезда начинает возвращаться к своим обычным делам.
Хотя разрушительное событие уже позади, многое еще предстоит узнать. На следующей неделе наша команда начнет анализировать данные космического телескопа Джеймса Уэбба в надежде узнать о химическом составе газа, который сейчас окружает ZTF SLRN-2020.
