Большинство звезд в нашей вселенной образуются парами. Хотя наше солнце - одиночка, многие звезды, подобные нашему Солнцу, вращаются вокруг похожих звезд, в то время как множество других экзотических пар между звездами и космическими шарами пронизывают Вселенную. Например, черные дыры часто вращаются друг вокруг друга. Одно из пар, которое оказалось довольно редким, - это соединение между солнцеподобной звездой и типом мертвой звезды, называемым нейтронной звездой.
Нейтронные звезды представляют собой плотные выгоревшие ядра массивных звезд, которые взорвались. Сами по себе они чрезвычайно слабые и обычно не могут быть обнаружены напрямую. Но поскольку нейтронная звезда обращается вокруг солнцеподобной звезды, она притягивает своего компаньона, заставляя звезду перемещаться взад и вперед по небу. Используя миссию Gaia Европейского космического агентства, астрономы смогли уловить эти характерные колебания, чтобы выявить новую популяцию темных нейтронных звезд.
"Gaia непрерывно сканирует небо и измеряет колебания более миллиарда звезд, поэтому велики шансы обнаружить даже очень редкие объекты", - говорит Эль-Бадри, доцент астрономии Калифорнийского технологического института и адъюнкт-научный сотрудник Института астрономии Макса Планка в Германии.
Новое исследование, в котором участвует команда соавторов со всего мира, было опубликовано в Открытом журнале астрофизики. Данные нескольких наземных телескопов, включая обсерваторию Им. В. М. Кека в Маунакеа, Гавайи; обсерваторию Ла Силла в Чили; и обсерваторию Уиппла в Аризоне, были использованы для продолжения наблюдений Gaia и получения дополнительной информации о массах и орбитах скрытых нейтронных звезд.
Хотя ранее нейтронные звезды были обнаружены на орбитах вокруг звезд, подобных нашему солнцу, все эти системы были более компактными. При небольшом расстоянии, разделяющем два тела, нейтронная звезда (которая тяжелее солнцеподобных звезд) может отбирать массу у своего партнера. Этот процесс массопереноса заставляет нейтронную звезду ярко светить в рентгеновском или радиоволновом диапазоне. В отличие от этого, нейтронные звезды в новом исследовании находятся намного дальше от своих партнеров — примерно в три 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 гравитационному воздействию", - говорит Эль-Бадри.
Открытие стало несколько неожиданным, потому что неясно, как взорвавшаяся звезда оказалась рядом со звездой, подобной нашему солнцу.
"У нас все еще нет полной модели того, как формируются эти двойные системы", - 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 сбила бы маленькую звезду с толку, вероятно, временно поглотив ее. Позже прародительница нейтронной звезды взорвалась бы сверхновой, которая, согласно моделям, должна была разорвать двойные системы, отправив нейтронные звезды и солнцеподобные звезды в противоположные стороны.
"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", - говорит он.
Gaia смогла найти маловероятных спутников из-за их широких орбит и длительных периодов обращения (солнцеподобные звезды обращаются вокруг нейтронных звезд с периодами от шести месяцев до трех лет).
"Если тела будут находиться слишком близко, колебания будут слишком малы, чтобы их можно было обнаружить", - говорит Эль-Бадри. "С Gaia мы более чувствительны к более широким орбитам". Gaia также наиболее чувствительна к двойным звездам, которые находятся относительно поблизости. Большинство недавно 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 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 солнцеподобных звезд. Используя данные Gaia, он обнаружил две из этих тихих черных дыр, скрытых в нашей галактике. Одна из них, названная Gaia BH1, является ближайшей из известных черных дыр к Земле, находящейся на расстоянии 1600 световых лет.
"Мы также не знаем наверняка, как образовались эти двойные черные дыры", - говорит Эль-Бадри. "В наших моделях эволюции двойных звезд явно есть пробелы. Обнаружение большего количества этих темных спутников и сравнение статистики их численности с прогнозами различных моделей поможет нам понять, как они формируются ".
На изображении:
На этом рисунке изображена двойная звездная система, состоящая из плотной нейтронной звезды и обычной солнцеподобной звезды (вверху слева). Используя данные миссии Gaia Европейского космического агентства, астрономы обнаружили несколько систем, подобных этой, в которых два тела находятся на значительном расстоянии друг от друга. Поскольку тела в этих системах находятся далеко друг от друга, с расстояниями, в среднем в 300 раз превышающими размеры солнцеподобной звезды, нейтронная звезда находится в состоянии покоя — она не отбирает активно массу у своего компаньона и поэтому очень слабая. Чтобы найти эти скрытые нейтронные звезды, ученые использовали наблюдения Gaia для поиска колебаний в солнцеподобных звездах, вызванных притягивающим действием вращающихся нейтронных звезд. Это первые нейтронные звезды, открытые исключительно благодаря их гравитационному воздействию.
Дополнительные материалы
