Астрономы впервые поймали звезду за медленным «поеданием» коричневого карлика

Международная команда астрономов обнаружила систему, где красный карлик неторопливо поглощает коричневый карлик — объект, занимающий промежуточное положение между планетой и звездой. Это первое прямое наблюдение стабильного перетекания вещества с субзвёздного компаньона на звезду главной последовательности.

Система, получившая обозначение ZTF J0440+2325, находится в нашей Галактике на расстоянии около 300 световых лет от Земли. Красный карлик и коричневый карлик обращаются вокруг общего центра масс всего за 86,65 минуты — это один из самых короткопериодических известных двойных систем такого типа.

Коричневые карлики представляют собой объекты с массами примерно от 13 до 80 масс Юпитера. Они слишком массивны, чтобы считаться планетами, но их недра не разогреваются достаточно для запуска устойчивого термоядерного синтеза гелия, поэтому они не становятся полноценными звёздами. В данной паре масса коричневого карлика оценивается примерно в 30 масс Юпитера, а красного карлика — около 111 масс Юпитера.

Открытие было сделано случайно. Кевин Бёрдж, ассистент профессора физики в MIT, просматривая данные обзора Zwicky Transient Facility, обратил внимание на необычную кривую блеска, напоминающую повторяющийся треугольник. Обычно такие сигналы ассоциируются со вспышками сверхновых или другими кратковременными событиями, однако здесь pattern повторялся снова и снова. Первоначально систему заподозрили в том, что она является «чёрной вдовой» — двойной, где нейтронная звезда поглощает маломассивного компаньона. Однако последующие спектроскопические наблюдения показали, что видимая звезда — это очень маломассивный красный карлик, а его невидимый партнёр по массе соответствует коричневому карлику.

Ключевая особенность системы заключается в том, что вещество перетекает не эпизодически, а стабильно. Коричневый карлик заполняет свою полость Роша — область, внутри которой вещество гравитационно связано с ним. Когда он расширяется или приближается к компаньону, газ начинает перетекать через внутреннюю точку Лагранжа и падать на поверхность красного карлика. Поскольку поток идёт напрямую, а не через аккреционный диск, он создаёт яркое горячее пятно в месте удара. Именно это пятно, периодически появляющееся в поле зрения при вращении звезды, и порождает характерную треугольную форму кривой блеска.

Скорость потери массы коричневым карликом оценивается примерно в одну стотысячную массы Земли в год. Это ничтожно мало по космическим меркам, но процесс может продолжаться миллионы, а возможно, и миллиарды лет. По расчётам авторов, система способна оставаться в таком состоянии устойчивого переноса вещества не менее 10 миллионов лет. Это принципиально отличает её от сценариев быстрого поглощения, когда звезда «съедает» компаньона за относительно короткий срок.

Открытие меняет представления о взаимодействии звёзд с их планетными и субзвёздными спутниками. Ранее астрономы наблюдали либо стабильные, далёкие орбиты, либо стремительное падение объекта на звезду. Теперь обнаружен промежуточный режим, при котором компаньон не разрушается сразу, а медленно отдаёт вещество, продлевая свою «жизнь» в виде донора массы. Это имеет значение для понимания эволюции тесных двойных систем и судьбы планет, которые могут оказаться слишком близко к своим звёздам.

В будущем исследователи планируют искать другие подобные системы, чтобы оценить, насколько распространён такой сценарий «медленного перекуса» во Вселенной. Уже сейчас понятно, что ZTF J0440+2325 представляет собой новый класс объектов — двойных, где субзвёздный компаньон стабильно питает звезду главной последовательности. Это открывает отдельное направление в изучении поздних стадий эволюции планетных систем.