Большинство звезд в нашей Вселенной состоят из пар. Хотя наше солнце - одиночка, многие звезды, подобные нашему солнцу, вращаются вокруг таких же звезд, а во Вселенной существует множество других экзотических сочетаний звезд и космических объектов. Например, черные дыры часто вращаются вокруг друг друга. Одна из пар, которая оказалась довольно редкой, - это пара между солнцеподобной звездой и типом мертвой звезды, называемой нейтронной звездой.
Астрономы под руководством Карима Эль-Бадри из Калифорнийского технологического института обнаружили 21 нейтронную звезду, вращающуюся вокруг звезд, подобных нашему Солнцу. Нейтронные звезды - это плотные выгоревшие ядра массивных звезд, которые взорвались. Сами по себе они чрезвычайно слабы и обычно не могут быть обнаружены непосредственно. Но когда нейтронная звезда обращается вокруг солнцеподобной звезды, она притягивает к себе свою спутницу, заставляя звезду перемещаться по небу взад и вперед. Используя миссию Европейского космического агентства Gaia, астрономы смогли уловить эти характерные колебания, чтобы выявить новую популяцию темных нейтронных звезд.
"Gaia непрерывно сканирует небо и измеряет колебания более миллиарда звезд, поэтому есть хорошие шансы обнаружить даже очень редкие объекты", - говорит Эль-Бадри, доцент астрономии в Калифорнийском технологическом институте и научный сотрудник Института астрономии Макса Планка в Германии.
Новое исследование, в котором участвует команда соавторов со всего мира, было опубликовано в журнале Open Journal for Astrophysics. Данные нескольких наземных телескопов, в том числе обсерватории им. У. М. Кека в Маунакее, Гавайи; обсерватории Ла Силья в Чили; и обсерватории Уиппла в Аризоне, были использованы для продолжения наблюдений Gaia и получения дополнительной информации о массах и орбитах скрытых нейтронных звезд.
Хотя нейтронные звезды и ранее обнаруживались на орбитах вокруг звезд, подобных нашему Солнцу, все эти системы были более компактными. При небольшом расстоянии, разделяющем два небесных тела, нейтронная звезда (которая тяжелее солнцеподобной звезды) может отбирать массу у своего партнера. Этот процесс массопереноса заставляет нейтронную звезду ярко светить в рентгеновском или радиодиапазоне. В отличие от этого, нейтронные звезды в новом исследовании находятся намного дальше от своих партнеров — примерно в 1-3 раза больше расстояния между Землей и Солнцем.
Это означает, что новообретенные звездные тела находятся слишком далеко от своих партнеров, чтобы красть у них материал. Вместо этого они неподвижны и темны. "Это первые нейтронные звезды, открытые исключительно благодаря их гравитационным эффектам", - говорит Эль-Бадри.
Это открытие стало в некоторой степени неожиданным, поскольку неясно, как взорвавшаяся звезда оказывается рядом с такой звездой, как наше Солнце.
"У нас все еще нет полной модели того, как формируются эти двойные звезды", - объясняет Эль-Бадри. "В принципе, прародительница нейтронной звезды должна была стать огромной и взаимодействовать со звездой солнечного типа на поздней стадии своей эволюции". Огромная звезда перевернула бы маленькую звездочку, вероятно, временно поглотив ее. Позже прародительница нейтронной звезды взорвалась бы сверхновой, которая, согласно моделям, должна была бы разъединить двойные системы, заставив нейтронные звезды и солнцеподобные звезды разлететься в противоположных направлениях.
"Открытие этих новых систем показывает, что по крайней мере некоторые двойные системы выживают в этих катастрофических процессах, хотя модели пока не могут полностью объяснить, как это происходит", - говорит он.
Гея смогла найти маловероятных спутников благодаря их широким орбитам и длительным периодам обращения (солнцеподобные звезды обращаются вокруг нейтронных звезд с периодами от шести месяцев до трех лет).
"Если тела расположены слишком близко, колебание будет слишком слабым, чтобы его можно было обнаружить", - говорит Эль-Бадри. "С помощью Gaia мы более чувствительны к более широким орбитам". Gaia также наиболее чувствительна к двойным объектам, которые находятся относительно близко. Большинство вновь открытых систем расположены в пределах 3000 световых лет от Земли - относительно небольшое расстояние по сравнению, например, с диаметром галактики Млечный Путь в 100 000 световых лет.
Новые наблюдения также показывают, насколько редки такие пары. "По нашим оценкам, примерно одна из миллиона звезд солнечного типа обращается вокруг нейтронной звезды по широкой орбите", - отмечает он.
Эль-Бадри также заинтересован в поиске невидимых бездействующих черных дыр на орбите вокруг солнцеподобных звезд. Используя данные Gaia, он обнаружил две такие тихие черные дыры, скрытые в нашей галактике. Одна из них, называемая Gaia BH1, находится на расстоянии 1600 световых лет от Земли и является ближайшей из известных черных дыр.
"Мы также не знаем наверняка, как образовались эти двойные черные дыры", - говорит Эль-Бадри. "В наших моделях эволюции двойных звезд явно есть пробелы. Поиск большего количества этих темных спутников и сравнение статистики их численности с предсказаниями различных моделей поможет нам понять, как они формируются".
