Иногда может показаться, что наука полностью поняла природу. В СМИ подобные идеи часто проскакивают, пусть и не прямым текстом. Но учёные, и, возможно, особенно астрономы, смотрят на вещи иначе.
Когда вы учёный, вы лучше большинства понимаете, что наши названия для таких вещей, как типы звёзд или звёздные остатки, — это удобные ярлыки, придуманные нами самими. Они практичны, полезны и служат важной цели. Но всегда есть объекты, которые не вписываются в эти разграничения. Один из способов справиться с этим — создать подтипы объектов, а также подтипы и подподтипы в иерархии.
Но наступает момент, когда новый объект оказывается невозможно втиснуть в существующие определения и категории. И когда учёные собирают достаточно примеров объектов нового типа, наступает время для введения новой категории.
Именно это происходит сейчас с новым типом звёздных остатков.
Белые карлики — это конечная стадия жизни звёзд, масса которых составляет менее 8–10 солнечных масс. Эти звёзды исчерпали свой ядерный запас топлива, покинули главную последовательность и сбросили свои внешние слои в космос. В результате остаётся чрезвычайно плотное небесное тело. Поскольку звёзды часто встречаются в двойных системах, то же самое относится и к белым карликам.
Двойная система из белых карликов ведёт себя особым образом. Компактный и плотный белый карлик может оттягивать вещество от своей соседней звезды, что иногда приводит к взрыву сверхновой типа Ia. Независимо от того, происходит ли взрыв сверхновой или нет, аккреция вещества генерирует рентгеновское излучение, и это излучение является своего рода «визитной карточкой» белого карлика.
В 2021 году астрономы обнаружили белый карлик, у которого не было двойного партнёра, но который тем не менее излучал характерное рентгеновское излучение. Сначала они назвали его «Moon-sized» («размером с Луну»), поскольку он был того же размера, что и наша Луна. Это название как-то прижилось, и теперь его просто называют «Луна». У него также есть другие примечательные особенности, такие как быстрое вращение и чрезвычайно мощное магнитное поле. Белые карлики такого рода обычно не обладают магнитными свойствами.
И тут появился «Гэндальф».
Когда «Гэндальфа» впервые обнаружили, у него не было партнёра, и он, по-видимому, был окружён околозвёздной материей. Это был первый случай, когда одиночный белый карлик демонстрировал рентгеновские признаки двойной системы белых карликов. «Сначала мы думали, что это двойная система, — говорит Андрей Кристеа, аспирант Австрийского института науки и технологий и первый автор статьи о «Гэндальфе», опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics. — При чрезвычайно сильном магнетизме этого звёздного остатка его вращение должно было бы синхронизироваться с орбитой его компаньона, как происходит у Земли с Луной».
Однако самый быстрый период вращения, когда-либо наблюдавшийся у пары белых карликов, составляет 80 минут, тогда как период вращения Гэндальфа составлял всего 6 минут.
«Если бы Гэндальф входил в состав двойной системы, его вращение было бы крайне несинхронизированным, что могло бы сделать его ещё более загадочным, чем он есть на самом деле, — сказал Кристеа. — Но мы так и не нашли у него спутника. Так откуда же берётся околозвёздная материя?»
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи под руководством Кристеа использовали спектры оптического излучения. Эти спектры показали два отдельных пика в водороде, что часто наблюдается, когда звезда окружена околозвёздным материалом.
«Мы наблюдали спектры излучения водорода, которые демонстрировали двухпиковую структуру, напоминающую кошачьи ушки, — сказал Кристеа. — Обычно такая структура указывает на наличие диска вещества, окружающего остаток после слияния. Однако, более тщательно изучив сигнал, мы поняли, что он чередуется между двумя пиками в течение шестиминутного периода вращения звёздного остатка. Мы никогда раньше не видели ничего подобного ни у одного белого карлика». Эти наблюдения соответствуют звезде, окружённой полукольцом околозвёздного материала — это необычное явление, требующее объяснения. Они назвали объект «Гэндальфом», поскольку Гэндальф из «Властелина колец» известен тем, что любит говорить загадками.
Единственная причина, по которой околозвёздная материя может удерживаться в полукольце, — это наличие у объекта, который она окружает, сильного асимметричного магнитного поля. Но откуда может взяться это поле?
Теперь «Луна» не одинока, и у неё есть «Гэндальф» в качестве коллеги. Исследователи обнаружили, что «Луна» и «Гэндальф» обладают пятью характеристиками, которые отличают их от других звёздных объектов: они сверхмассивны, обладают сильным магнитным полем, быстро вращаются, не имеют спутников и оба излучают рентгеновские лучи. Из-за этих пяти общих свойств учёные предположили, что это объекты одного типа.
Но что это за объекты?
Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Astronomy and Astrophysics, оба объекта являются результатом слияний, и их следует называть «остатками слияний». Авторы статьи утверждают, что это первые представители нового класса объектов.
«Если мы обнаружим один новый объект в безграничном пространстве Вселенной, каковы шансы, что он окажется единственным? Обычно одного звёздного объекта с новыми характеристиками более чем достаточно, чтобы мы начали искать похожие, — сказала соавтор Илария Кайаццо, доцент ISTA. — Но в данном случае мы нашли два объекта с пятью совпадающими характеристиками. Этого вполне достаточно для нового класса звёздных остатков!»
Эта анимация показывает, как полукольцо околозвёздного материала может оставаться нетронутым вокруг вращающегося объекта с мощным и асимметричным магнитным полем. Автор: Рассел К. Дж. Кайтли
Исследователи предложили три разных объяснения поведения «Гэндальфа» и «Луны».
Если белый карлик вращается достаточно быстро и имеет достаточно мощное магнитное поле, окружающий его материал может происходить из самого белого карлика.
«Это мой любимый сценарий, потому что он учитывает только сам белый карлик, а не вещество, происходящее извне», — сказал соавтор Ааюш Десаи. Согласно некоторым исследованиям, подобный сценарий выброса может происходить вокруг пульсаров, но он никогда не моделировался в случае с белым карликом.
Второе объяснение заключается в том, что полукольцо образовано остатками вещества, оставшимися после слияния. Возможно, часть вещества, образовавшегося в результате слияния, не аккрецировалась на остаток белого карлика и вращается вокруг него по орбите с высокой эксцентричностью, что объясняет наличие двойного пика в спектре водорода.
Третье объяснение заключается в том, что обломки другого происхождения, например планеты или астероиды, образуют полукольцо вокруг звёздного остатка. «Они настолько плотные, что мы могли бы ожидать, что внешний материал, такой как астероиды или даже разрушенные планетарные тела, упадёт на них», — сказал Десаи. Такого рода загрязнение встречается у других белых карликов, хотя они никогда не обнаруживали его у «Гэндальфа», только у «Луны». Эта идея имеет свои преимущества, но, к сожалению, она не может объяснить рентгеновское излучение, обнаруженное у обоих остатков слияния.
Похоже, что астрономы открыли новый класс объектов. Но поскольку в него входят только два объекта, к этим исследованиям стоит подходить со здоровым скептицизмом. Ключ, как и в большинстве научных начинаний, — это найти большее количество более качественных доказательств.
«Два объекта, которые мы идентифицировали на данный момент, имеют много сходств, но также и различий, — пояснил Десаи. — Обнаружение большего количества таких остатков поможет нам исключить некоторые сценарии и, возможно, найти совсем другие объяснения».
