Две звезды объединились в массивный белый карлик

Массивная звезда  — белый карлик с причудливой атмосферой, богатой углеродом, может быть двумя белыми карликами, объединенными вместе — такой вывод сделан международной командой ученых, возглавляемой астрономами University of Warwick.

Они обнаружили необычного сверхмассивного белого карлика в 150 световых годах от нас с атмосферным составом, которого никогда не видели — впервые «слитый» белый карлик был идентифицирован с использованием его атмосферного состава в качестве подсказки.

Открытие, опубликованное в журнале Nature Astronomy, может поднять новые вопросы об эволюции массивных белых карликов и о количестве сверхновых в нашей галактике.

Звезда, названная WDJ0551 + 4135, была идентифицирована в обзоре данных с телескопа Gaia Европейского космического агентства. Астрономы продолжили изучать спектроскопию, сделанную с помощью телескопа Уильяма Гершеля, сосредоточив внимание на тех белых карликах, которые были определены как особенно массивные.

Изучая подробно свет, излучаемый звездой, астрономы смогли определить химический состав ее атмосферы и обнаружили, что в ней присутствует необычно высокий уровень углерода.

«Эта звезда выделялась как нечто, чего мы никогда не видели прежде. Вы можете ожидать увидеть внешний слой водорода, иногда смешанный с гелием, или просто смесь гелия и углерода. Вы не ожидаете увидеть эту комбинацию водорода и углерода в то же время, поскольку между ними должен быть толстый слой гелия, который не позволит им существовать» — говорят ученые.

Чтобы решить загадку, астрономам необходимо было раскрыть истинное происхождение звезды.

Белые карлики — это остатки звезд, подобных нашему Солнцу, которые сожгли все свое топливо и сбросили внешние слои. Большинство из них относительно легкие, с массой примерно 0,6 массы нашего Солнца, но этот весит 1,14 солнечных масс, почти в два раза больше средней массы. Несмотря на то, что он тяжелее нашего Солнца, он сжат в две трети диаметра Земли.

Возраст белого карлика также является ключом к загадке. Старые звезды вращаются вокруг Млечного Пути быстрее, чем молодые, и этот объект движется быстрее, чем 99% других близлежащих белых карликов с таким же возрастом, что предполагает, что эта звезда старше, чем выглядит.

«У нас есть состав, который мы не можем объяснить с помощью нормальной звездной эволюции, масса в два раза больше средней для белого карлика, и кинематический возраст старше, чем тот, который был выведен из охлаждения. Мы вполне уверены в том, как одна звезда образует один белый карлик, а то, что мы видим, не должно происходить. Вы можете объяснить это только в том случае, если он образовался в результате слияния двух белых карликов.» — объясняют ученые.

Теория состоит в том, что когда одна звезда в двойной системе расширяется в конце своей жизни, она огибает своего партнера, приближая свою орбиту по мере того, как первая звезда сжимается. То же самое произойдет, когда другая звезда расширится. В течение миллиардов лет излучение гравитационных волн будет сжимать орбиту еще больше, до такой степени, что звезды сольются вместе.

Хотя было предсказано, что слияние белых карликов возможно, оно было бы особенно необычно. Большинство слияний в нашей галактике должно происходить между звездами с разными массами, в то время как это слияние, по-видимому, происходит между двумя звездами одинакового размера.

Существует также предел тому, насколько большим может быть получившийся белый карлик: считается, что при массе более 1,4 массы Солнца он взорвется в сверхновой, хотя возможно, что эти взрывы могут произойти и при несколько меньших массах, поэтому эта звезда полезна для демонстрации того, насколько массивным может стать белый карлик и все еще существовать.

Поскольку процесс слияния возобновляет охлаждение звезды, трудно определить, сколько ей лет. Белый карлик, вероятно, слился около 1,3 миллиарда лет назад, но два первоначальных белых карлика, возможно, существовали в течение многих миллиардов лет до этого.

Это один из немногих слившихся белых карликов, которые были идентифицированы до сих пор, и он уникальный по своему составу.

«Таких массивных белых карликов не так уж много, хотя их гораздо больше, чем вы ожидаете увидеть, что предполагает, что некоторые из них, вероятно, образовались в результате слияния.

-В будущем мы сможем использовать метод, называемый астеросейсмологией, чтобы узнать о составе ядра белого карлика по его звездным пульсациям, что будет независимым методом, подтверждающим, что эта звезда образовалась в результате слияния.» — говорят астрономы.

«Может быть, самым волнующим аспектом этой звезды является то, что она, должно быть, едва не взорвалась как сверхновая — эти гигантские взрывы действительно важны для картирования структуры Вселенной, поскольку их можно обнаружить на очень больших расстояниях. Однако остается много неясного относительно того, какие звездные системы достигают стадии сверхновой. Как бы странно это ни звучало, измерение свойств этой «неудавшейся» сверхновой и ее будущих двойников многое может сказать нам о путях их самоуничтожения.»

An ultra-massive white dwarf with a mixed hydrogen–carbon atmosphere as a likely merger remnant, Nature Astronomy (2020). DOI: 10.1038/s41550-020-1028-0 , https://nature.com/articles/s41550-020-1028-0