Двойные звёздные системы
Двойные звёздные системы не редкость. Также не редкость системы, где одна звезда — остаток, например белый карлик или нейтронная звезда, а её спутник находится на главной последовательности. В таких системах плотный остаток может перетягивать материал от звезды главной последовательности. Это может привести к возникновению сверхновых типа Ia в случае белого карлика и к излучению чрезвычайно мощных рентгеновских лучей в случае нейтронной звезды.
Исследование катаклизмической переменной двойной звезды V Sagittae (V Sge)
В новом исследовании астрономы наблюдали катаклизмическую переменную двойную звезду V Sagittae (V Sge). Она чрезвычайно яркая для своего типа, что указывает на то, что звезда-аккретор перетягивает огромное количество материала от донора. Материал собирается на поверхности звезды-аккретора, прежде чем воспламеняется и ярко вспыхивает.
Исследование опубликовано в журнале
Исследование под названием «V Sge: Supersoft Source or Exotic Hot Binary? I. An X-Shooter campaign in the high state» опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Ведущий автор — Паси Хакала из Финского центра астрономии с ESO.
Характеристики системы V Sge
В системе V Sge есть звезда главной последовательности с массой около 3,3 массы Солнца, которая является звездой-донором в паре. Другая звезда — аккретор. Долгое время астрономы считали её белым карликом, но более поздние наблюдения показывают, что это звезда Вольфа-Райе, которая тесно связана с белыми карликами.
Необычность системы V Sge
«V Sagittae — необычная звёздная система. Она самая яркая в своём роде и озадачивала экспертов с момента своего открытия в 1902 году», — сказал профессор Фил Чарльз из Саутгемптонского университета, участвовавший в исследовании.
«Наше исследование показывает, что такая экстремальная яркость обусловлена тем, что белый карлик высасывает жизнь из своей звезды-спутницы, используя накопленный материал, чтобы превратить её в пылающий ад. Этот процесс настолько интенсивен, что на поверхности белого карлика идут термоядерные реакции, и он сияет, как маяк в ночном небе», — объяснил профессор Чарльз.
Оптические излучения системы V Sge
Оптические излучения системы V Sge сильно варьируются и чрезвычайно сложны. Астрофизики долго пытались интерпретировать её характеристики. Однако новые наблюдения в рамках этого исследования выявили околозвёздное кольцо, которое помогает объяснить, что происходит.
Околозвёздное кольцо
Околозвёздное кольцо не было зафиксировано визуально. Исследователи собрали спектры V Sge с помощью мощного спектрографа X-Shooter на Очень Большом Телескопе ESO в Чили. Линии излучения, которые они наблюдали, включая выявленные скорости, не могут быть объяснены самими звёздами.
«Более важно то, что (а) эта особенность не меняется в зависимости от орбитальной фазы и (б) центрирована на системной скорости, что означает, что эти особенности излучения не следуют за движением ни одного из компонентов двойной системы», — пишут авторы.
«Мы считаем, что единственно правдоподобным объяснением такого поведения является то, что оно исходит от околозвёздного кольца или диска материи, которая покинула двойную систему», — пишут авторы.
Моделирование
Чтобы проверить свою идею, исследователи смоделировали спектры. «Наши симуляции показывают, что, когда материя покидает область Роша белого карлика, она образует кольцо или кольца вокруг двойной системы с радиусом примерно 2–4 расстояния между компонентами двойной системы», — пишут авторы. Область Роша — это область вокруг звезды или двойной пары, где газ и пыль гравитационно связаны со звёздами.
«Для того чтобы газ образовал кольцо, звезда-аккретор должна перетягивать чрезвычайно большое количество материала от звезды-донора», — объяснил ведущий автор Хакала в пресс-релизе.
«Белый карлик не может поглотить всю массу, передаваемую от его горячей звезды-близнеца, поэтому он создаёт это яркое космическое кольцо», — пояснил Хакала.
Различные объяснения необычных особенностей V Sge
Было несколько конкурирующих объяснений необычных особенностей V Sge. Некоторые исследователи считали, что это пара очень горячих звёзд, а яркость была результатом не кольца, а столкновения горячих ветров от обеих звёзд. Но это не может объяснить краткосрочную или долгосрочную изменчивость системы, по мнению авторов.
Авторы считают, что околозвёздный диск лучше всего объясняет V Sge, а изменчивость обусловлена «хаотическим поведением внутреннего аккреционного диска под интенсивным облучением», — пишут они.
Конец системы V Sge
«Скорость, с которой эта обречённая звёздная система дико раскачивается, вероятно, из-за чрезвычайной яркости, является безумным признаком её неизбежного, насильственного конца», — объяснил Хакала.
Многие из таких двойных систем могут быть стабильными в течение миллиардов лет, пока передача массы между ними низкая и стабильная. В этом случае звезда-аккретор неоднократно собирает слой газа со звезды-донора на своей поверхности. В конце концов, когда масса накапливается, она взрывается как новая, и цикл может начаться снова.
Соавтор исследования доктор Родригес-Хиль из Испанского института астрофизики на Канарских островах объяснил: «Материя, накапливающаяся на белом карлике, вероятно, вызовет вспышку новой в ближайшие годы, во время которой V Sagittae будет видна невооружённым глазом». Но новая — это только начало конца.
В некоторых из этих двойных систем звёзды в конечном итоге сталкиваются друг с другом. Это может произойти, если звезда-донор эволюционирует в гиганта, что сделает систему нестабильной и приведёт к столкновению. Столкновение также может произойти, если звезда-донор станет белым карликом. В этом случае пара звёзд может войти в общую оболочку и закружиться друг вокруг друга, в конце концов, взорвавшись.
«Но когда две звезды наконец столкнутся и взорвутся, это будет взрыв сверхновой, настолько яркий, что его будет видно с Земли даже днём», — заключает Родригес-Хиль.