Будущее жёлтых карликов, подобных нашему Солнцу, почти полностью определяется их массой. Самые массивные звёзды, примерно в 8–12 раз превосходящие массу Солнца, могут взорваться как сверхновые, что приведёт к появлению наиболее экстремальных объектов во Вселенной — нейтронных звёзд и чёрных дыр.
Но звёзды с малой массой, к которым относится и наше Солнце, идут по более спокойному пути. Когда в них заканчивается водород для горения, а их ядра становятся плотнее, внешние слои расширяются и рассеиваются, превращая их в красные гиганты. Когда их ядра достигают максимально плотного состояния, они сбрасывают внешние слои, оставляя после себя объекты, известные как белые карлики.
Белый карлик похож на пепел от костра, который тускло тлеет и постепенно остывает. Всё это занимает очень много времени по человеческим меркам: от десятков до сотен миллиардов лет. (Возраст нашей Вселенной — 13,8 миллиарда лет, что означает, что ни один белый карлик ещё не прошёл полный процесс старения.)
Поведение Солнца и подобных ему звёзд очень динамично, они проходят путь драматических трансформаций, прежде чем стать белыми карликами. В частности, когда солнцеподобная звезда вращается в паре с другой звездой, эта звезда-компаньон может оказать существенное влияние на эволюцию солнцеподобной звезды.
Исследовательская группа под руководством Калифорнийского технологического института, возглавляемая ассистентом профессора астрономии Кареемом Эль-Бадри, профессором астрономии и планетарных наук Шри Кулкарни и профессором физики в отставке Томом Принсом, отслеживает поведение звёзд в конце их жизни, интерпретируя данные, поступающие через установку Zwicky Transient Facility (ZTF) в обсерватории Паломар.
Каждые два дня широкоугольная камера ZTF полностью сканирует ночное небо в северном полушарии; сравнивая прошлые и нынешние изображения неба, исследователи могут находить переменные объекты — те, которые претерпевают постоянные, быстрые изменения.
Исследовательская группа, известная как ZTF Stellar Group, обнаружила один такой транзиентный объект в 2022 году. Объект, получивший название Gaia22ayj, отличался быстро пульсирующим сигналом. Первоначально объект был классифицирован как двойная система из двух белых карликов, вращающихся друг вокруг друга. Но дальнейшие данные, полученные с помощью обсерватории W. M. Keck на Маунакеа на Гавайях, заставили астрономов усомниться в этом первоначальном предположении.
Тони Родригес, аспирант группы ZTF Stellar, вспоминает, как они с коллегами смотрели на данные и пришли к выводу, что кривая блеска объекта — мера изменения его интенсивности света во времени — не имеет смысла.
Мотивированный ранними данными, полученными Эль-Бадри, Родригес решил получить ещё больше данных с других телескопов, чтобы лучше понять, что происходит с Gaia22ayj. Основываясь на своём опыте изучения подобных систем, Родригес понял, что они наблюдают за белым карликом, вращающимся вокруг звезды с малой массой (а не другого белого карлика, как предполагалось изначально), и что система Gaia22ayj, вероятно, обладает высокой магнитностю.
Быстрый спин белого карлика в этой системе также напомнил ему о белых карликовых пульсарах, которые излучают регулярные импульсы электромагнитного излучения, когда их полюса направлены на Землю. Но, что любопытно, эта звезда пульсировала каждые девять минут, медленнее, чем известные белые карликовые пульсары. Звезда также, по-видимому, передавала массу своему спутнику-белому карлику, в отличие от известных белых карликовых пульсаров.
В конце концов, Родригес пришёл к выводу, что Gaia22ayj является недостающим звеном в ранее установленном жизненном цикле белого карликового пульсара.
«Мы уже видели две младенческие системы — белые карлики в двойной системе, быстрое вращение которых создаёт сильное магнитное поле. И мы видели множество взрослых звёздных систем, где белый карлик вращается очень медленно», — объясняет Родригес.
«Но это была первая звезда, которую мы увидели в середине своего «подросткового» периода, когда у неё уже сформировалось сильное магнитное поле и только начиналось перетекание вещества от звезды-компаньона на себя. Мы никогда раньше не ловили систему, которая вращалась бы так быстро, но при этом резко замедлялась, одновременно набирая массу от своего компаньона».
Обнаружение «подростка» среди белых карликовых пульсаров особенно интересно, потому что этот этап жизни звезды очень короткий, объясняет Родригес. Насколько он короткий?
«Около 40 миллионов лет», — говорит он. Но, как он отмечает, эти системы живут миллиарды лет, так что их подростковый период составляет менее 1% от их жизни. В человеческом измерении это соответствовало бы, возможно, нескольким месяцам всей нашей жизни — если бы подростковый возраст человека был таким же коротким.
Данные, полученные в обсерватории W. M. Keck, предоставили убедительные доказательства того, что в этой системе есть сильное магнитное поле и происходит перетекание вещества на белый карлик, — говорит Родригес. «Дополнительные данные, полученные с помощью уникальных инструментов, доступных в обсерватории Паломар, показали, что эта система, как ни странно, замедляется».
Статья озаглавлена «Связь между белыми карликовыми пульсарами и полярами: многоволновые наблюдения за переменной Gaia22ayj с периодом 9,36 минуты» и опубликована в журнале «Publications of the Astronomical Society of the Pacific».
Предоставлено Калифорнийским технологическим институтом.