Астрономи виявили пару зірок, які обертаються одна одною всього за 51 хвилину, що є найшвидшою орбітою, яку будь-коли бачили в такій парі. Система отримала назву ZTF J1813+4251 і є прикладом катаклізмічної змінної – системи, що складається із зірки на тісній орбіті навколо мертвої зірки, яка називається білим карликом.
Оскільки два зоряні об’єкти в катаклізмічній змінній втрачають енергію через випромінювання гравітаційних хвиль, вони наближаються один до одного, і білий карлик починає «годуватися» зіркою-донором, схожою на Сонце, зриваючи матеріал з її поверхні. ZTF J1813+4251 знаходиться на відстані 3000 світлових років від Землі і є першим доказом того, що катаклізмічні змінні можуть стискатися настільки, щоб мати такий короткий орбітальний період.
«З відкриттям ZTF J1813+4251 тепер ми знаємо, що за рідкісних обставин катаклізмічні змінні можуть скорочуватися до орбітального періоду, набагато коротшого за 75 хвилин», — член команди та дослідник з Університету Амстердама, Ян ван Рестель, Повідомив Світ фізики. «Були теоретичні прогнози, що це може статися, але відкриття ZTF J1813+4251 це безсумнівно підтверджує».
Ван Рестель разом з Кевін Бердж з Массачусетського технологічного інституту та його колеги також визначили інші властивості кожної зірки, включаючи їх масу та радіус.
Маленька система
«Подвійна система складається з білого карлика та зірки-донора з масою приблизно 0.55 і 0.1 маси Сонця відповідно», — говорить ван Рестель. Відстань між ними становить лише 0.4 радіуса Сонця, а це означає, що вся подвійна система легко поміститься всередині нашої зірки. Дослідження також показує, що така вузька орбіта є результатом надзвичайно високої щільності зірки-донора.
Астрономи знайшли ZTF J1813+4251 у великій колекції зірок, спостережуваних за допомогою Zwicky Transient Facility (ZTF), яка використовує камеру, прикріплену до телескопа в Паломарській обсерваторії в Каліфорнії. ZTF зробив понад 1000 знімків високої роздільної здатності широких областей неба, зафіксувавши зміни яскравості 1 мільярда зірок протягом періодів, що варіюються від днів до років.
Команда використовувала алгоритм для пошуку в цих даних зірок, які спалахували неодноразово протягом менше години. Такі спалахи можуть бути спричинені двома зірками на вузькій орбіті, причому одна зірка на короткий час блокує світло іншої – як у випадку з ZTF J1813+4251.
Рідкісний етап еволюції
Спостереження також показали, що система перебуває на цікавій стадії своєї еволюції. «Ми виявили, що ця катастрофічна змінна робить щось дуже особливе, переходячи від акреції водню до акреції гелію», — пояснює Бердж.. «Це відбувається тому, що білий карлик почав поїдати стару зірку головної послідовності дуже близько до кінця свого життя після того, як ця зірка накопичила значну кількість гелію у своєму ядрі».
Тепер водневої атмосфери зірки-донора майже зникло, а білий карлик позбавив її останніх залишків від свого партнера. У результаті ця зірка-донор незабаром перетвориться на багате на гелій ядро, яким її білий карлик-супутник продовжуватиме ласувати. Команда також передбачає, що орбітальний період цієї системи продовжуватиме скорочуватися і приблизно через 70 мільйонів років він може становити всього 20 хвилин.
«Майбутнє цієї подвійної зірки залежить від гравітаційних хвиль», — каже ван Рестель. «Дві зірки достатньо масивні та обертаються одна проти одної досить близько, тому вони повільно втрачають кутовий момент через гравітаційні хвилі, що спричиняє подальше зменшення їх орбітального періоду та розриву».
Спостереження гравітаційних хвиль
В принципі, ці гравітаційні хвилі можуть бути виявлені астрономами. Однак сучасні обсерваторії гравітаційних хвиль недостатньо чутливі, щоб це зробити. У майбутньому дослідження таких систем можна буде проводити за допомогою запланованої космічної антени лазерного інтерферометра (LISA), яка буде більш чутливою, ніж існуючі земні детектори гравітаційних хвиль.
Астрономи пояснюють «дивовижне» зображення подвійної зірки космічним телескопом Джеймса Вебба
«Це відкриття є великою справою, тому що в даний час будується детектор гравітаційних хвиль, який буде знаходитися в космосі під назвою LISA, який бачитиме гравітаційні хвилі від об’єктів з орбітальними періодами, як-от ZTF J1813+4251», — говорить Бердж. Він додає, що це майбутнє дослідження може заповнити ключовий елемент, який відсутній у нашому розумінні того, як еволюціонують зірки.
«Катаклізмічні змінні є справді чудовими лабораторіями для вивчення фізики акреції та бінарної еволюції. Підручники зазвичай зосереджуються на ізольованих зірках, таких як Сонце. Справа в тому, що ця проста історія просто не спрацює, якщо ви помістите дві зірки в подвійну систему поруч, оскільки вони будуть взаємодіяти, і це може повністю змінити результат».
«Вивчаючи ці тісно взаємодіючі подвійні системи, як катаклізмічні змінні, ми збираємо інформацію, необхідну для завершення підручників з еволюції зірок. А саме, ми починаємо розуміти подвійну еволюцію зірок. Ця система в основному відповідає на ключове питання про те, як утворюються двійкові файли катастрофічної змінної».
Спостереження описано в Природа.
