Большинство звезд во Вселенной существуют парами, иногда после того, как более массивная завершила свой жизненный цикл и стала белым карликом. Эта эволюция меняет танец между ними, по крайней мере, если они были достаточно близки в начале, поскольку мощное гравитационное поле карлика притягивает к нему внешние слои звезды главной последовательности, заставляя их двигаться по орбите еще ближе.
Когда таким образом передается достаточно материала, пара становится катаклизмической переменной (CV). Название происходит не от надвигающегося Армагеддона, а от коротких вспышек света, которые испускают эти звезды, когда на белый карлик поступает достаточно водорода, чтобы запустить ядерный синтез. Астрономы, впервые наблюдавшие эти события, не знали их причины, но пришли к выводу, что за это должно быть ответственно что-то огромное. Этот тип объектов составляет большинство новых звезд — звезд, называемых новыми, потому что они внезапно становятся достаточно яркими, чтобы стать видимыми.
Недавно обнаруженная система ZTF J1813+4251, о которой сообщается в журнале Nature, имеет период обращения всего 51 минуту — самое короткое время, когда-либо наблюдавшееся для этой комбинации типов звезд, обращающихся друг вокруг друга. Одно это могло бы заинтересовать астрономов, но ZTF J1813+4251 важен по другой причине — пара затмевает друг друга, если смотреть с Земли, что позволяет наблюдателям измерять их свойства с необычайной точностью.
Астрономы ранее предсказывали, что переход должен произойти по мере того, как CV приближаются друг к другу, достигая точки, где белый карлик аккрецирует или захватывает весь водород от своего компаньона и теперь вытягивает гелий.
Были обнаружены CV, аккрецирующие гелий, и астрономы подозревают, что они произошли от более обычных CV, но, поскольку этот процесс должен был произойти десятки или сотни миллионов лет назад, это не подтверждено.
«Это редкий случай, когда мы поймали одну из этих систем в процессе переключения с аккреции водорода на гелий», — сказал в своем заявлении доктор Кевин Бердж из Массачусетского технологического института. «Люди предсказывали, что эти объекты должны перейти на ультракороткие орбиты, и долгое время обсуждалось, смогут ли они стать достаточно короткими, чтобы излучать обнаруживаемые гравитационные волны. Это открытие положило конец этому».
Бердж и его соавторы обнаружили ZTF J1813+4251, проанализировав обзоры неба, охватившие более 1,2 миллиарда звезд, и отыскав те из них, которые становились ярче и тускнели в очень короткие промежутки времени. Яркость возникает не из-за вспышек термоядерного синтеза на белом карлике — они гораздо реже и менее регулярны, — а из-за процесса затмения, когда одна звезда блокирует свет другой.
Уверенные, что только бинарная пара и, вероятно, CV могут показать такой цикл, Бердж и его соавторы нашли время на двух крупнейших мировых телескопах, чтобы подробно наблюдать за световым циклом. Они пришли к выводу, что система находится на расстоянии около 3000 световых лет, и мы можем видеть ее достаточно четко, чтобы измерить как массу, так и радиус каждого компонента.
Белый карлик имеет примерно половину массы Солнца, но по природе таких выгоревших звезд он намного меньше. Его компаньон имеет около 0,12 массы Солнца и по размеру подобен Юпитеру.
Подобная Солнцу звезда, состоящая в основном из водорода, не может иметь такую короткую орбиту: Бердж сказал, что что-то меньше восьми часов невозможно. Однако, потеряв большую часть своего водорода из-за белого карлика, звезда в ZTF J1813+4251 уменьшилась почти до своего гелиевого ядра, более высокая плотность которого делает возможными более короткие орбиты.
Забегая вперед, авторы прогнозируют, что ZTF J1813+4251 достигнет орбиты всего за 18 минут примерно через 75 миллионов лет в будущем, когда система будет полностью аккрецировать гелий. Удивительно, но звезды при этом не столкнутся, а будут медленно разлетаться, и звезда-донор остынет.
Авторы рассчитывают, что смогут обнаружить сокращение орбиты в течение десятилетия и обнаружить гравитационные волны от системы с помощью будущих инструментов. Это позволит астрономам проверить предсказания Эйнштейна о замедлении, вызванном гравитационной волной определенного размера.
Хотя известно более 1000 CV, только 12 из них имеют орбиту короче 75 минут. Следовательно, ZTF J1813+4251 является не только рекордсменом, но и не имеет множества близких аналогов, которые можно было бы использовать для подобных наблюдений.
«Это особая система, — сказал Бердж. «Нам вдвойне повезло найти систему, которая отвечает на большой открытый вопрос и является одной из самых красивых известных катаклизмических переменных».
По информации https://planet-today.ru/novosti/nauka/item/149485-uchenye-obnaruzhili-katastroficheskuyu-paru-zvezd-s-samoj-korotkoj-izvestnoj-orbitoj
