Белые карликовые звезды могут сталкиваться, создавая новый тип странной, "перевернутой" звезды, согласно двум новым исследованиям, опубликованным на этой неделе.
Группа астрономов обнаружила две небольшие яркие звезды, называемые горячими субкарликами, которые имеют пока еще невиданный состав. Другая исследовательская группа нашла механизм, объясняющий, как могли образоваться такие звезды.
По словам Марсело Миллера Бертолами, астрофизика из Института астрофизики в Ла-Плате (Аргентина), возглавлявшего теоретическое исследование о том, как могут формироваться такие звезды, опубликованное в Monthly Notices of the Royal Astronomy Society, эти две странные звезды были "первыми в своем роде" и должны быть чрезвычайно редкими.
Белые карлики - это медленно остывающие ядра мертвых звезд. Горячие субкарлики - довольно редкие старые звезды, которые горят в четыре раза жарче, чем поверхность Солнца, и, в отличие от нашего Солнца, сжигают в своих ядрах гелий, а не водород, говорит Миллер Бертолами.
Большинство звезд на три четверти состоят из водорода, на одну четверть из гелия и небольшого количества других элементов, говорит Миллер Бертолами. В звезде сначала сгорают самые легкие элементы, поэтому гелий сгорает только в том случае, если водород уже сгорел, или если гравитация другого объекта оттянула водород от звезды.
Но две вновь обнаруженные звезды не похожи на другие субкарликовые звезды, сжигающие гелий, как заметила группа астрономов, согласно отчету, опубликованному в том же журнале на этой неделе. Команда под руководством Клауса Вернера, астронома из Центра астрофизики и физики частиц в Германии, поняла, что видит не только звезду с богатой гелием поверхностью, но и звезду, богатую углеродом и кислородом.
"Это чрезвычайно, чрезвычайно редкое явление", - говорит Миллер Бертолами. Обычно звезда создает углерод и кислород путем сжигания гелия в своем ядре, и эти элементы не видны на поверхности. Но команда обнаружила, что около 40 процентов поверхности звезды состояло из углерода и кислорода.
"Вам нужно найти способ доставить весь этот углерод и кислород на поверхность, а это нелегко", - говорит Миллер Бертолами.
Команда Вернера, уже знавшая Миллера Бертолами, обратилась к нему, чтобы попытаться выяснить, как могли образоваться эти причудливые объекты. Команда Миллера Бертолами уже работала над аналогичным проектом и смогла показать, как могла образоваться такая странная звезда.
Миллер Бертолами и его коллеги обнаружили, что более тяжелый белый карлик, богатый гелием, при соответствующих условиях может взаимодействовать с более легким белым карликом, богатым углеродом и кислородом. Вместе эта пара может создать горячий субкарлик, сочетающий в себе материалы обоих карликов.
Эти две звезды существовали бы в бинарном режиме, то есть вращались бы вокруг друг друга. Со временем они излучали бы гравитационные волны и по спирали приближались друг к другу, пока не встретились бы, говорит Миллер Бертолами. В этом процессе они сблизились бы настолько, что приливные силы разорвали бы одну из них или обе.
Как правило, более массивная звезда уничтожает менее массивную и поглощает материал более легкой звезды. В модели Миллера-Бертолами гелиевый белый карлик уничтожил более легкую углеродно-кислородную звезду, поэтому уцелевшая звезда оказалась с углеродно-кислородными звездными кишками, разбросанными по всей ее поверхности.
Белые карлики ранее были мертвы, поскольку они больше не перерабатывали атомы в более тяжелые элементы для получения энергии. Но слияние между ними возобновило синтез в новой, "возрожденной" звезде - субкарлике, говорит Миллер Бертолами.
Эти два исследования образуют "хорошую связь между теорией и наблюдениями", - говорит Уоррен Браун, астрофизик из Центра астрофизики | Гарварда и Смитсоновского института, который не принимал участия ни в одном из исследований. "Измерения достаточно просты", - говорит он, а теоретическое объяснение кажется "отличным решением" наблюдательной загадки.
Удивительно то, что эти звезды "как бы перевернуты с ног на голову", - говорит Браун. Тяжелые элементы, которые, как ожидают ученые, должны образовываться в их ядрах - углерод и кислород - появляются на поверхности, в то время как ядра полны легкого гелия.
"Это физически возможно, поэтому это должно произойти", - говорит Браун. Вопрос в том, как часто? Когда астрономы получат большую выборку, сотни или хотя бы десятки звезд, они смогут выяснить, насколько распространены такие звезды в галактике.
Хотя это наблюдение беспрецедентно, у астрономов вскоре могут появиться новые инструменты для обнаружения подобных звездных событий. Лазерная интерферометрическая космическая антенна (LISA) и другие детекторы гравитационных волн следующего поколения смогут засечь десятки тысяч звездных бинаров в нашей галактике, говорит Браун. Подобные слияния белых карликов будут излучать гравитационные волны и станут еще одним объективом для их изучения.
Поправка от 24 февраля 2022 года: Миллер Бертолами уточнил, что две спиральные звезды будут излучать гравитационные волны, а не гравитационные волны, как было указано в статье ранее.