Астрономы обнаружили систему с будущим слиянием нейтронных звезд
В Малом Магеллановом Облаке нашли систему, в которой одна звезда уже превратилась в нейтронную, а вторая только готовится стать ей. Если пара переживет второй взрыв, через сотни миллионов лет нейтронные звезды столкнутся, потеряв часть массы через излучение гравитационных волн. Находка позволила астрономам подробно изучить промежуточный этап формирования таких пар. Прежде он оставался практически недоступным для наблюдений.
Нейтронные звезды возникают после коллапса ядер массивных светил, исчерпавших ядерное топливо. При этом ядро сжимается и превращается в чрезвычайно плотный объект, состоящий преимущественно из нейтронов. Если две нейтронные звезды находятся близко друг к другу, они постепенно сближаются, излучая энергию в виде гравитационных волн.
Со временем они могут слиться, снова излучая энергию в виде гравиволн и за счет этого теряя значительную часть массы. При таких слияниях образуются тяжелые элементы, а ученые получают возможность изучать свойства вещества при экстремальных плотностях.
Правда, происхождение таких пар не совсем понятно. Согласно теоретическим моделям, один из важнейших этапов их формирования связан с потерей звездой внешней оболочки. При взаимодействии с компаньоном она лишается большей части водорода, а расстояние между компонентами резко сокращается. В результате возникает тесная система из нейтронной звезды и горячего «обнаженного» звездного ядра. Впоследствии оно также может превратиться в нейтронную звезду. Вот только наблюдать такие объекты до сих пор практически не удавалось.
Теперь группа астрономов под руководством Бетани Людвиг (Bethany Ludwig) из Левенского католического университета (Бельгия) изучила систему DGL-3 в Малом Магеллановом Облаке. Она содержит горячую звезду массой около 3,4 Солнца, которая уже потеряла большую часть водородной оболочки. Ее температура достигает примерно 70,7 тысячи градусов Цельсия, а радиус составляет около 0,77 радиуса Солнца.
Предыдущие наблюдения показали, что лучевая скорость звезды — скорость ее движения вдоль линии зрения наблюдателя — заметно меняется, хотя второго компонента в спектре не видно. Чтобы установить его природу, исследователи проанализировали 38 спектров, полученных в 2019-2022 годах с помощью телескопа Вальтера Бааде в обсерватории Лас-Кампанас (Чили).
Выяснилось, что светило совершает полный оборот вокруг общего центра масс всего за 4,17 часа. При этом его яркость периодически изменяется примерно на 2,5 процента. Все дело в притяжении невидимого спутника, которое слегка вытягивает звезду. При ее движении по орбите меняется площадь видимой с Земли поверхности, поэтому колеблется и яркость.
Обычную звезду астрономы исключили: объект необходимой массы не поместился бы на такой тесной орбите. Вторую звезду, лишенную водородной оболочки, удалось бы обнаружить по спектральным линиям. Значит, спутник должен быть компактным объектом.
Его наиболее вероятная масса составляет примерно 1,58 массы Солнца. Причем вероятность того, что она превышает предел массы белого карлика, достигает 99,4 процента. По этой причине исследователи сочли наиболее вероятным кандидатом нейтронную звезду, хотя напрямую подтвердить ее существование пока не удалось.
Компьютерное моделирование показало, что через 1,4 миллиона лет видимая звезда начнет передавать вещество компаньону. Затем ее ядро коллапсирует, вызвав взрыв сверхновой. При заданных параметрах система останется гравитационно связанной, а на месте звезды возникнет нейтронная звезда. Сольются оба объекта примерно через 220 миллионов лет.
Хотя предложенный сценарий зависит от особенностей переноса вещества и потери углового момента, DGL-3 стала важным наблюдательным примером системы на этапе, который прежде рассчитывали теоретически. Полученные данные помогут уточнить модели ее эволюции и оценить частоту будущих слияний.
Результаты научной работы опубликованы на сервере препринтов arXiv.org.
Telegram 
Дзен 
VK 
