Астрономи ідентифікують зірки-близнюки, які приречені зіткнутися під час вибуху Кілонової

Хоча масивні зірки зазвичай гинуть під час вражаючих вибухів, деякі з них вилітають, як погані петарди. Астрономи ідентифікували залишки однієї такої поганої петарди в SGR 0755-2933, нейтронній зірці приблизно за 11 400 світлових років від Землі в південному сузір’ї Ляльки. У новому дослідженні вчені кажуть, що на початку свого життя ця зірка передала аномально велику кількість маси своєму подвійному компаньйону — настільки, що у неї не залишилося достатньо матеріалу для вибухової смерті. Натомість це закінчилося тихою «ультра-розділеною» надновою, рідкісною космічною подією, яка залишає за собою надщільний залишок, який називається нейтронною зіркою.

«Ця дивовижна подвійна система, по суті, є системою один із 10 мільярдів», — сказав у заяві Андре-Ніколя Шене, астроном дослідницького центру NOIRLab Національного наукового фонду та співавтор нового дослідження.

Нейтронна зірка та її близько орбітальний подвійний компаньйон — зірка, яка, за прогнозами дослідників, одного дня зруйнується, щоб стати нейтронною зіркою — є першим яскравим прикладом зоряної системи, яка зрештою спричинить Кілонову — космічний вибух, під час якого дві нейтронні зірки виникнуть. злиття. 

Хоча кілонова була вперше виявлена ​​у 2017 році, астрономи тоді зафіксували лише наслідки події завдяки спостереженням світлових і гравітаційних хвиль. Нове дослідження є першим випадком, коли вчені ідентифікували подвійну зоряну систему, яка, як вони знають, завершиться вибухом Кілонової.

Крім того, астрономи раніше вважали, що в спіральних галактиках, таких як наш Чумацький Шлях, існуватимуть лише одна або дві такі системи. Дослідники останнього дослідження збільшили цю оцінку до 10, зазначивши, що ці спостереження допомагають їм краще зрозуміти історію, еволюцію та нетипово спокійну смерть зірок у таких системах.

«Протягом деякого часу астрономи міркували про точні умови, які врешті-решт можуть призвести до появи кілонової», — сказав Чене в заяві. «Ці нові результати демонструють, що принаймні в деяких випадках дві нейтронні зірки-сестри можуть злитися, коли одна з них була створена без класичного вибуху наднової».

Побратимська зірка є масивною, обертається навколо основної нейтронної зірки кожні 60 днів і має назву, схожу на номерний знак: CPD-29 2176. Вчені, які займаються останнім дослідженням, вивчали цю побратимську зірку, щоб зрозуміти формування поточної зоряної системи, а також як те, що може розгорнутися в його майбутньому.

«Це не проста двійкова система»

Кларисса Павао, студентка Аеронавтичного університету Ембрі-Ріддла в Арізоні, знайшла систему під час аналізу даних, зібраних Міжамериканською обсерваторією Серро-Тололо в Чилі. Зокрема, вона будувала спектри зірки-сестри, аналіз того, скільки світла випромінює зірка на певних довжинах хвиль. Після очищення даних від шуму вона помітила одну просту лінію в спектрі, яка припускала, що масивна зірка мала круглу орбіту — незвичайну особливість у подвійних зоряних системах.

За словами астрономів, це було ключовим відкриттям, яке допомогло команді зробити висновок, що первинна нейтронна зірка закінчилася як наднова.

Зазвичай, коли одна із зірок у подвійній системі спалює свій водень і наближається до кінця своєї стадії головної послідовності, вона починає передавати масу своїй зірці-компаньйону. У результаті вибуху наприкінці життєвого циклу зірки-супутники часто викидають із систем на високоеліптичні орбіти.

Але цього, здається, не сталося в інтригуючій системі. Щоб краще зрозуміти, що могло статися наприкінці життя SGR 0755-2933, астрономи пробралися крізь тисячі моделей, які описували подвійні зоряні системи, схожі на ту, яку вони вивчали. Вони знайшли лише два, які збігалися.

Потім команда простежила історію зірки та прийшла до висновку, що вона поводилася здебільшого як будь-яка інша масивна зірка, у якій закінчується паливо: наприкінці свого життя зірка почала передавати масу своєму супутнику та зменшилася до зірки з малою масою. з гелієвим ядром, як і очікували вчені. Однак під час цього процесу зірка втратила стільки маси, що її надновій наприкінці життя «навіть не вистачило енергії, щоб перевести орбіту в більш типову еліптичну форму, яку можна побачити в подібних подвійних системах», — сказав Ноель Річардсон, астроном з Ембрі-Рідл і провідний автор нового дослідження. У вмираючої зірки також не вистачило енергії, щоб вигнати свого компаньйона з системи, тому, згідно з дослідженням, дві зірки продовжують мати вузькі орбіти.

Позначення початків дорогоцінних важких металів

На додаток до того, щоб дізнатися більше про події kilonova, нове дослідження допоможе астрономам краще зрозуміти походження деяких з найважчих елементів у нашому Всесвіті.

Тиха наднова виникла лише кілька мільйонів років тому, і астрономи очікують, що система CPD-29 2176 залишатиметься такою ще принаймні мільйон років. Їхні моделі показують, що, подібно до первинної нейтронної зірки, зірка-сестра також стане ультрановою надновою і зрештою колапсує в нейтронну зірку.

Команда передбачає, що через мільйони років дві нейтронні зірки повільно обертатимуться одна до одної в космічному танці, зрештою зіткнувшись у вибуху Кілонової. Відомо, що такі вибухи є джерелом величезної кількості важких елементів, таких як платина, ксенон, уран і золото, «які викидаються у Всесвіт», сказав Річардсон.

Астрономи давно підозрювали, що важкі метали, вивільнені під час таких подій, витали в міжзоряному середовищі, поки не об’єдналися в астероїди, які потім бомбардували Землю, коли вона утворювалася, і відкладали дорогоцінні метали, які ми бачимо сьогодні. Одна тільки подія Кілонової 2017 року призвела до викиду дорогоцінних важких металів на Землю щонайменше на 100 одиниць, тож, схоже, невдала наднова не є такою втратою для Всесвіту.