Найдены странные объекты, бросающие вызов науке

Астрономы обнаружили особый тип небольших, но сверхгорячих звезд, внешне покрытых углеродом и кислородом, которые остались после сгорания гелия. Обычно звезды с таким составом поверхности считаются полностью выгоревшими и находятся на пути превращения в белые карлики, однако в данном случае в их ядрах все еще присутствует гелий и идут ядерные реакции. Это новое открытие может изменить представления ученых о возможных путях звездной эволюции.

Группа немецких астрономов, работавших под руководством профессора Клауса Вернера из Тюбингенского университета, обнаружила странный новый тип звезд, покрытых побочными продуктами горения гелия. Возможно, эти звезды образовались в результате редкого звездного слияния. Результаты исследований опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

В то время как внешние оболочки обычных звезд состоят из водорода и гелия, звезды, открытые Вернером и его коллегами из Института физики и астрономии Потсдамского университета, покрыты углеродом и кислородом — своего рода пеплом от сгоревшего гелия, из которого в результате термоядерных реакций синтезировался углерод и кислород. Но эта ситуация выглядит еще более загадочной, поскольку температуры и радиусы новых звезд указывают на то, что они все еще сжигают гелий в своих ядрах.

Две сверхгорячие звезды, получившие обозначения PG1654+322 и PG1528+025, были обнаружены на расстоянии свыше 10 тысяч световых лет от Земли с помощью данных от Большого бинокулярного телескопа — Large Binocular Telescope, LBT — в Аризоне и обзора китайского спектроскопа LAMOST. Поверхность этих плотных звезд на порядок горячее, чем у Солнца.

Опубликованная вместе с работой профессора Вернера и его коллег статья группы астрономов из аргентинского Национального университета Ла-Платы и немецкого Института астрофизики Общества Макса Планка предлагает возможное объяснение образования подобных звезд.

«Мы считаем, что звезды, открытые нашими немецкими коллегами, могли образовываться в результате очень редких звездных слияний пар белых карликов, — говорит доктор Миллер Бертолами из Института астрофизики Ла-Платы, ведущий автор второй статьи. — В нашей статье мы утверждаем, что при определенных условиях углеродно-кислородный белый карлик может быть разрушен и аккрецирован компаньоном, образуя объекты, подобные обнаруженным Вернером и др.».

Белые карлики — остатки более крупных звезд, исчерпавших свое ядерное топливо, это, как правило, очень компактные и плотные образования, светящиеся лишь за счет накопленной ранее энергии. Спустя несколько миллиардов лет Солнцу также суждено будет стать белым карликом.

Для того чтобы в процессе эволюции стать белым карликом, а не превратиться в нейтронную звезду, звезда по своей массе не должна превышать примерно десяти масс Солнца, и таких звезд в Галактике более 97%. Когда у такой маломассивной звезды главной последовательности заканчивается водород и прекращается синтез гелия, она расширяется, становясь красным гигантом. Свечение красного гиганта обеспечивается термоядерными реакциями превращения гелия в углерод и кислород. Затем звезда сбрасывает внешние оболочки, формируется так называемая планетарная туманность, а прежнее ядро превращается в белый карлик, состоящий в основном из углерода и кислорода. Если исходной массы звезды недостаточно, термоядерные реакции могут остановиться на гелии, что приведет к образованию гелиевых белых карликов. Средняя плотность вещества в белых карликах почти в миллион раз превышает плотность звезд главной последовательности.

Как и прочие слияния звезд и квазизвездных объектов, слияния белых карликов происходят в тесных двойных системах из-за постепенного сближения двух компонентов, вызываемого потерей энергии за счет излучения гравитационных волн. «Обычно слияния белых карликов не приводят к образованию звезд, обогащенных углеродом и кислородом, — объясняет Миллер Бертолами, — но мы считаем, что для некоторых двойных систем с очень специфическим сочетанием масс белый карлик, богатый углеродом и кислородом, мог бы разрушиться и покрыть собой еще не до конца выгоревшего белого карлика, богатого гелием, что и привело бы к образованию столь необычных звезд».

Труднообъяснимая особенность тут заключается в особом типе «аккреции»: вместо того, чтобы две звезды просто смешали весь материал и стали одной единой звездой, в этом случае взаимодействие должно происходить по иному сценарию — это похоже на то, как на руку надевается перчатка, — одна звезда как бы натягивается на другую.

«Мы считаем, что в двойных системах с очень специфическими звездными массами белый карлик с углеродно-кислородным ядром может быть подобным образом разорван приливными силами. Затем его материал сбрасывается на поверхность его компаньона — белого карлика, что и приводит к образованию этих экзотических звезд», — отмечает доктор Николь Рейндл, астроном из Института астрономии и астрофизики Потсдамского университета, соавтор первой статьи.

Тем не менее, никакие современные модели звездной эволюции не могут полностью объяснить недавнее открытие. Астрономам придется дорабатывать свои звездные модели, чтобы оценить, могут ли подобные слияния происходить на самом деле. Эти доработанные модели должны будут не только помочь лучше понять происхождение этих конкретных звезд, но и дать более глубокое представление о поздней эволюции двойных систем и о том, как их звезды обмениваются массой по мере своего развития.

«Обычно мы ожидаем, что звезды с таким составом поверхности уже закончили сжигать гелий в своих ядрах и находятся на пути превращения в белые карлики. Эти новые звезды бросают серьезный вызов нашему пониманию звездной эволюции», — говорит профессор Вернер.

Пока астрономы не получат эти более точные модели звездной эволюции, происхождение звезд, покрытых «гелиевым пеплом», останется предметом дискуссий.