Бинарная система, находящаяся на расстоянии 1400 световых лет от нас, излучает жар, и это может помочь специалистам лучше понять класс экзопланет, известных как ультрагорячие юпитеры - газовые гиганты, находящиеся очень близко к своим массивным звёздам-хозяевам.
Уникальная система, описанная в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, включает коричневый карлик, температура которого достигает примерно 7 700 градусов Цельсия. Это делает его более горячим, чем Солнце (поверхность которого имеет температуру 5 500 градусов Цельсия).
Коричневые карлики - это не планеты и не звёзды, а промежуточные объекты: по крайней мере, в 13 раз массивнее Юпитера, но недостаточно массивные, чтобы генерировать тепло и давление, необходимые для превращения водорода в гелий.
По этой причине их иногда называют несостоявшимися звёздами. При этом, обнаруженный коричневый карлик может оказаться одним из самых крупных из найденных до сих пор: его масса в 75-88 раз превышает массу Юпитера.
Однако высокая температура коричневого карлика не обусловлена какими-либо внутренними ядерными реакциями, он просто вращается по очень близкой орбите к своему компаньону - белому карлику WD 0032-317, который облучает его радиацией. Ночная сторона коричневого карлика - сторона, обращённая в сторону от белого карлика, - холоднее почти на 5 700 градусов Цельсия.
Эта пара звёзд может помочь учёным узнать больше об экзопланетах, вращающихся в непосредственной близости от горячих массивных звёзд. Интенсивные вспышки ультрафиолетового излучения таких звёзд могут приводить к испарению атмосферы этих планет. Однако этот процесс трудно изучить.
Система белого карлика с коричневым карликом может служить аналогом системы сверхгорячего Юпитера, которую гораздо легче наблюдать. «Аналоги Юпитера дают возможность косвенно изучать атмосферы планет-гигантов, поскольку атмосферы коричневых карликов должны быть очень похожи на атмосферы газовых планет-гигантов», - говорит Наама Халлакун, ведущий автор исследования и астрофизик из Научного института Вейцмана (Израиль).
Ошибочная идентификация
Система WD 0032-317 была впервые замечена астрономами, проводившими в начале 2000-х годов исследование сотен белых карликов с помощью большого телескопа в обсерватории Параналь в Чили.
Белый карлик - это звезда, достигшая последней фазы своей жизни: после расширения в красный гигант по мере истощения топлива она теряет свои внешние слои, и остаётся только горячее инертное ядро.
Первоначально WD 0032-317 была признана бинарной системой, состоящей из двух белых карликов, но когда Халлакун и её команда пересмотрели данные, они увидели признаки, которые больше указывали на наличие компаньона в виде коричневого карлика.
Фото: starcatalog.ru
В ходе последующих наблюдений учёные увидели излучение, исходящее со стороны, всегда обращённой к белому карлику. Первоначально, два десятилетия назад, это излучение не было замечено, так как наблюдения проводились, когда ночная сторона компаньона была обращена к телескопу.
В новых данных дневная сторона коричневого карлика обращена к телескопу. «Мы увидели эмиссионное излучение, исходящее с облучённой стороны компаньона», - говорит Халлакун. «Я была озадачена. Первой мыслью было, что я сделала что-то не так в процессе получения данных».
Аналог горячих юпитеров
Астрономы с удовольствием понаблюдали бы за тем, как атмосферы горячих юпитеров реагируют на интенсивное излучение звезды, и увидели бы, как планета настолько раскаляется под воздействием звезды-хозяина, что её молекулы начинают распадаться на части. Однако такие сверхгорячие юпитеры трудно наблюдать и обнаруживать. Астрономам известен лишь один такой пример: KELT-9b, который настолько горяч, что выбрасывает за собой вещество, имитирующее хвост кометы.
Сложность обнаружения сверхгорячих юпитеров отчасти объясняется бликами их крупных близких звёзд-хозяев. Ещё более сложным является то, что такие звёзды быстро вращаются и подвержены звёздным бурям.
Астрономы часто определяют массу экзопланеты, измеряя красное и голубое смещение спектральных линий звезды-хозяина, поскольку звезда колеблется под действием гравитационного притяжения экзопланеты. Но когда крупная звезда быстро вращается и вспыхивает, быстрое движение звёздного вещества затрудняет астрономам обнаружение колебаний звезды.
По этой причине астрономы заинтересованы в использовании коричневых карликов, обращающихся вокруг белых карликов, в качестве аналогов сверхгорячих Юпитеров. Относительные размеры этих объектов облегчают наблюдение за коричневым карликом: диаметр коричневого карлика примерно такой же, как у горячего Юпитера, а белые карлики гораздо меньше большинства звёзд – размером с Землю.
Тем не менее, они могут выделять достаточно остаточного тепла, чтобы испепелить ближайшие спутники: В случае WD 0032-317 количество экстремального ультрафиолетового излучения, которое коричневый карлик получает от своего белого карлика, в 5600 раз больше, чем у KELT-9b.
Звёздная эволюция
Помимо того, что система WD 0032-317 является моделью сверхгорячих юпитеров, она также позволяет учёным взглянуть на эволюцию звёзд.
Согласно моделям звёздной эволюции, коричневому карлику, по-видимому, не менее нескольких миллиардов лет. Но белый карлик всё ещё очень горячий, что свидетельствует о том, что с момента его превращения в белый карлик прошло всего около 1 млн. лет. Более того, масса белого карлика примерно в 0,4 раза больше массы
Солнца.
Согласно теории, такой маленький белый карлик не может существовать сам по себе - для достижения фазы белого карлика звезде с такой низкой массой потребуется больше времени, чем возраст
Вселенной. Халлакун предполагает, что коричневый карлик помог привести белый карлик в то состояние, в котором он находится сейчас, поскольку когда-то у них была общая оболочка.
Эволюция общей оболочки - это этап жизни бинарной звезды, когда две звезды или объекты вращаются внутри общей газовой оболочки. В данном случае общая оболочка образовалась, когда звезда превратилась в красного гиганта, поглотив коричневого карлика.
По словам Халлакун, коричневый карлик мог помочь первичной звезде сбросить часть своей массы и превратиться в белый карлик раньше, чем это ожидалось для одиночной звезды. «Это очень молодая и быстрая система с общей оболочкой. Мы также надеемся, что эта система и другие подобные системы помогут нам уточнить теоретические модели, которые мы имеем, для объяснения бинарных систем».