Обнаружили первую популяцию двойных полосатых звезд
Астрономы из Университета Торонто обнаружили популяцию массивных звезд, которые были лишены водородной оболочки своими спутниками в двойных системах. Результаты, опубликованные в журнале Science, проливают свет на горячие гелиевые звезды, которые, как полагают, являются источником бедных водородом сверхновых с коллапсом ядра и слияний нейтронных звезд. Уже более десяти лет учёные предполагают, что примерно каждая третья массивная звезда в двойных системах лишена водородной оболочки. Однако до сих пор был определен только один возможный кандидат. «Это была такая большая, яркая дыра», — говорит соавтор Мария Драут, доцент кафедры астрономии и астрофизики Дэвида А. Данлэпа и сотрудник Института астрономии и астрофизики Данлэпа в Университете Торонто. «Если окажется, что эти звезды редки, то вся наша теоретическая основа для всех этих различных явлений неверна, что приведет к возникновению сверхновых, гравитационных волн и света далеких галактик», — говорит Драут. «Это открытие показывает, что эти звезды действительно существуют».
«В будущем мы сможем проводить гораздо более детальные исследования физики этих звезд», — говорит Драут. «Например, прогнозы о том, сколько слияний нейтронных звезд мы должны увидеть, зависят от свойств этих звезд, например, от того, сколько материала отделяется от них в звездных ветрах. Теперь мы впервые сможем измерить это, тогда как люди экстраполировали это раньше». Двойные звезды с «лишением» ранее использовались для объяснения того, почему треть сверхновых с коллапсом ядра содержит гораздо меньше водорода, чем типичный взрыв звезды Красного Сверхгиганта. Драут и ее коллеги предполагают, что эти недавно открытые звезды в конечном итоге взорвутся, превратившись в бедные водородом сверхновые. Считается, что эти звездные системы необходимы для образования слияний нейтронных звезд, подобных тем, которые излучают гравитационные волны, обнаруженные с Земли в эксперименте LIGO.
Фактически, исследователи полагают, что некоторые объекты в их нынешней выборке представляют собой полосатые звезды с компаньонами нейтронной звезды или черной дыры. Эти объекты находятся на стадии, предшествующей превращению в двойную нейтронную звезду или систему нейтронных звезд и черных дыр, которые в конечном итоге могут слиться. «Многие звезды являются частью космического танца с партнером, вращаясь вокруг друг друга в двойной системе. Они не одиночные гиганты, а части динамических дуэтов, взаимодействующих и влияющих друг на друга на протяжении всей своей жизни», — говорит Бетани Людвиг, доктор философии. Д. студент факультета астрономии и астрофизики Дэвида А. Данлэпа Университета Торонто и третий автор этой статьи. «Наша работа проливает свет на эти увлекательные отношения, раскрывая вселенную, которая гораздо более взаимосвязана и активна, чем мы представляли ранее». «Подобно тому, как люди являются социальными существами, звезды, особенно массивные, редко бывают одни», — говорит Людвиг.
По мере того как звезды развиваются и расширяются, превращаясь в красные гиганты, водород на внешних краях одной из них может быть вырван гравитационным притяжением ее компаньона, оставляя открытым очень горячее гелиевое ядро. Этот процесс может занять десятки тысяч, а то и сотни тысяч лет. Полосатые звезды трудно найти, потому что большая часть излучаемого ими света находится за пределами видимого светового спектра и может блокироваться пылью во Вселенной или затмеваться звездами-компаньонами. Драут и ее коллеги начали свои поиски в 2016 году. Изучая бедные водородом сверхновые во время своей докторской диссертации, Драут намеревалась найти лишенные звезды, которые, как считается, лежат в их основе, во время постдокторской стипендии НАСА имени Хаббла в обсерваториях Научный институт Карнеги. На конференции она познакомилась с коллегой-соавтором Ильвой Гётберг, ныне доцентом Института науки и технологий Австрии (ISTA), которая недавно построила новые теоретические модели того, как должны выглядеть эти звезды.
Драут, Гетберг и их коллеги разработали новый обзор, чтобы изучить ультрафиолетовую часть спектра, где чрезвычайно горячие звезды излучают большую часть своего света. Несмотря на то, что ультрафиолетовый свет невидим невооруженным глазом, его можно обнаружить с помощью специальных инструментов и телескопов. Используя данные ультрафиолетового/оптического телескопа Swift, исследователи собрали яркость миллионов звезд в Большом и Малом Магеллановом Облаке, двух самых близких к Земле галактиках. Людвиг разработал первый широкоугольный УФ-каталог Магеллановых Облаков и использовал УФ-фотометрию для обнаружения систем с необычным УФ-излучением, сигнализирующим о возможном присутствии полосатой звезды.
Они провели пилотное исследование 25 объектов, получив оптическую спектроскопию с помощью телескопов Магеллана в обсерватории Лас-Кампанас в период с 2018 по 2022 год. Они использовали эти наблюдения, чтобы продемонстрировать, что звезды были горячими, маленькими, бедными водородом и находились в двойных системах — все согласуется с предсказаниями их моделей. В настоящее время исследователи продолжают изучать звезды, идентифицированные в этой статье, и расширяют свои поиски, чтобы найти больше. Они будут исследовать как близлежащие галактики, так и наш Млечный Путь с помощью утвержденных программ на космическом телескопе Хаббл, рентгеновском телескопе Чандра, телескопах Магеллана и Англо-австралийском телескопе. В рамках этой публикации все теоретические модели и данные, использованные для идентификации этих звезд, были обнародованы и доступны другим ученым.
