На орбитах жестоких мертвых звезд могут быть планеты, и теперь мы знаем, как их найти

Слышали ли вы о LU Camelopardalis, QZ Serpentis, V1007 Herculis и BK Lyncis? Нет, это не участники бойз-бенда из Древнего Рима. Это Катаклизмические переменные, бинарные звезды, которые находятся так близко друг к другу, что одна звезда забирает материал у своей сестры. Это приводит к тому, что яркость пары дико меняется.

Могут ли планеты существовать в этой хаотичной среде? Можем ли мы их обнаружить? Новое исследование дает положительный ответ на оба вопроса.

Катаклизмические переменные (КП) претерпевают значительное увеличение яркости. Все звезды в той или иной степени меняют свою яркость, даже наше Солнце. Но у КВ увеличение яркости гораздо более выражено, чем у звезд, подобных нашему Солнцу, и происходит нерегулярно.

Существуют различные типы катаклизмических переменных: классические новые, карликовые новые, некоторые сверхновые и другие. Все типы имеют одну и ту же базовую механику. Пара звезд движется по близкой орбите, и одна из звезд массивнее другой. Более массивная звезда называется первичной, и она потребляет газ от звезды меньшей массы, которую астрономы называют звездой-донором.

Первичная звезда в CV - белый карлик, а звезда-донор обычно красный карлик. Красные карликовые звезды холоднее и менее массивны, чем белые карлики. Они имеют массу от 0,07 до 0,30 солнечных масс и радиус около 20 процентов от радиуса Солнца. Первичные звезды типа белого карлика имеют типичную массу около 0,75 солнечной массы, но гораздо меньший радиус, примерно такой же, как у Земли.

Когда первичная звезда забирает материал от звезды-донора, материал образует аккреционный диск вокруг первичной звезды. Материал в аккреционном диске нагревается, что приводит к увеличению светимости. Это увеличение может пересилить свет от пары звезд.

Если в системе есть тусклое третье тело - планета, то ее гравитация может повлиять на перенос материала от звезды-донора к первичной звезде. Эти возмущения влияют на яркость системы, и именно это лежит в основе нового исследования.

Авторы исследования показывают, как хаотическая среда вокруг CV может принимать планеты, и объясняют, как астрономы могут их обнаружить. Исследование называется "Проверка гипотезы третьего тела в катаклизмических переменных LU Camelopardalis, QZ Serpentis, V1007 Herculis и BK Lyncis". Статья опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). Ведущий автор - доктор Карлос Чавес из Автономного университета Нуэво-Леона в Мексике.

Материал, притягиваемый к первичной звезде, собирается в аккреционном кольце и нагревается, создавая повышенную светимость. Но перенос материала в диск не является постоянным; он растет и падает по мере того, как звезды в CV вращаются друг вокруг друга. В своем исследовании Чавес и его коллеги рассмотрели четыре катаклизмические переменные: LU Camelopardalis, QZ Serpentis, V1007 Herculis и BK Lyncis.

Эти четыре CV демонстрируют очень длинные фотометрические периоды (VLPP) - периоды повышенной светимости, которые не соответствуют орбитальным периодам бинаров.

Между обеими звездами и третьим телом есть точка, называемая точкой L1, или точкой Лагранжа. Это точка гравитационного равновесия между звездами. Точка L1 динамична, и ее положение меняется по мере движения звезд. Ведущий автор работы Чавес показал в предыдущей работе, что третье тело, планета, может вызывать колебания в точке L1.

При изменении положения точки L1 меняется количество материала, втягиваемого в главную звезду - скорость переноса массы. Изменение скорости переноса массы приводит к изменению светимости всей системы трех тел.

Измерив изменения яркости четырех КВ, исследователи рассчитали расстояния и массы потенциальных третьих тел в системах на основе изменений яркости в каждой системе.

Их расчеты показали, что колебания имеют гораздо более длительные периоды, чем орбитальные периоды звезд. По словам команды, два из четырех изученных КВ имеют на орбите "тела, напоминающие планеты".

"Наша работа доказала, что третье тело может возмущать катаклизмическую переменную таким образом, что это может вызвать изменения яркости в системе", - сказал Чавес в пресс-релизе. "Эти возмущения могут объяснить как очень длинные периоды, которые наблюдались - от 42 до 265 дней - так и амплитуду этих изменений яркости. Из четырех изученных нами систем, наши наблюдения позволяют предположить, что две из четырех имеют объекты планетарной массы на орбите вокруг них".

Это не первый раз, когда ученые занимаются CVs и пытаются найти объяснение колебаниям светимости.

В 2017 году отдельная группа исследователей опубликовала работу, в которой были представлены четыре CV и их VLPP. Они предположили, что причиной являются планеты. Но они сказали, что "... плоскость орбиты третьего тела должна быть больше 39,2 градуса, чтобы этот механизм эффективно возмущал внутренний бинар".

"Здесь мы исследуем новую возможность, а именно, что светское возмущение со стороны третьего объекта с низким эксцентриситетом и малым наклонением объясняет VLPP, а также изменение величины, наблюдаемое в этих четырех CV", - пишут Чавес и его соавторы в своей работе. Они утверждают, что "... третье тело на близкой почти круговой плоской орбите может создавать возмущения эксцентриситета центрального бинара".

По словам Чавеса, их работа представляет собой новый способ обнаружения экзопланет. Охотники за планетами находят большинство экзопланет с помощью транзитной системы. Когда экзопланета проходит перед своей звездой, наблюдается заметный провал в свете звезды.

Несмотря на свою эффективность - мы нашли тысячи планет таким образом - транзитный метод имеет свои ограничения. Он работает только тогда, когда все выстроено правильно. Мы должны смотреть на нее как бы сбоку, иначе планета не пройдет мимо звезды с нашей точки зрения, и тогда не будет провала в свете звезды.

Но метод, разработанный Чавесом и его коллегами, не зависит от транзитов планет. Он опирается на внутреннее изменение светимости, которое можно наблюдать под разными углами.