Астрономы обнаружили редкую «черную вдову» с самой короткой орбитой

Вспышка звезды привлекла внимание астрономов  к новой загадочной системе в 3000 световых лет от Земли. Звездная система, по-видимому, представляет собой новую «двойную черную вдову» — быстро вращающуюся нейтронную звезду (или пульсар), которая вращается и медленно поглощает меньшую звезду-компаньон, как ее тезка-паук делает со своим партнером.

Астрономам известно около двух десятков двойных черных вдов в Млечном Пути. Этот новейший кандидат, названный ZTF J1406+1222, имеет самый короткий орбитальный период из когда-либо идентифицированных: пульсар и звезда-компаньон обращаются друг вокруг друга каждые 62 минуты.

Система уникальна тем, что в ней находится третья, далеко расположенная звезда, которая обращается вокруг двух внутренних звезд каждые 10 000 лет.

Такая вероятная тройная черная вдова вызывает вопросы о том, как могла сформироваться такая система. Основываясь на своих наблюдениях, астрономы предлагает историю происхождения: как и в случае с большинством двойных черных вдов, тройная система, вероятно, возникла из плотного созвездия старых звезд, известного как шаровое скопление.

Это конкретное скопление могло дрейфовать в центр Млечного Пути, где гравитации центральной черной дыры было достаточно, чтобы разорвать скопление на части, оставив тройную черную вдову нетронутой. Эта система, вероятно, парит в Млечном Пути дольше, чем существует Солнце.

Исследователи использовали новый подход для обнаружения тройной системы. В то время как большинство двойных черных вдов обнаруживаются по гамма- и рентгеновскому излучению, испускаемому центральным пульсаром, команда использовала видимый свет и, в частности, вспышку от звезды-компаньона бинарной системы, чтобы обнаружить ZTF J1406+1222.

День и ночь

Двойные системы типа «черная вдова» питаются от пульсаров — быстро вращающихся нейтронных звезд, которые представляют собой схлопнувшиеся ядра массивных звезд. Пульсары имеют очень быстрый период вращения, вращаясь каждые несколько миллисекунд и испуская при этом вспышки высокоэнергетического гамма- и рентгеновского излучения.

Обычно пульсары замедляют вращение и быстро умирают, поскольку сжигают огромное количество энергии. Но время от времени проходящая звезда может дать пульсару новую жизнь.

Когда звезда приближается, гравитация пульсара отрывает материал от звезды, что дает новую энергию для вращения пульсара. Затем возрожденный пульсар начинает повторно излучать энергию, которая еще больше воздействует на звезду и в конечном итоге разрушает ее.

«Эти системы называют черными вдовами из-за того, что пульсар как бы поглощает то, что его возродило, точно так же, как паук съедает свою половинку», — говорят ученые.

Каждая двойная черная вдова на сегодняшний день была обнаружена с помощью гамма-вспышек и рентгеновских вспышек пульсара. В случае с ZTF J1406+1222 ученые обнаружили ее благодаря оптической вспышке звезды-компаньона.

Оказывается, дневная сторона звезды-компаньона — сторона, постоянно обращенная к пульсару, — может быть во много раз горячее, чем ее ночная сторона, из-за постоянного высокоэнергетического излучения, которое звезда получает от пульсара.

Ученые задумались, что вместо того, чтобы искать пульсар напрямую, попробовать поискать звезду, на которую он влияет. Если бы астрономы наблюдали звезду, яркость которой периодически сильно менялась, это было бы сильным сигналом того, что она находится в двойной системе с пульсаром.

Звездное движение

Чтобы проверить эту теорию, астрономы просмотрели оптические данные, полученные обсерваторией Zwicky Transient Facility, которая делает широкоугольные изображения ночного неба.

Команда изучила яркость звезд, чтобы увидеть, резко ли она изменилась на временной шкале около часа или меньше — признаки, указывающие на присутствие звезды-компаньона, вращающейся вокруг пульсара.

Они заметили звезду, яркость которой менялась в 13 раз каждые 62 минуты, что указывает на то, что она, вероятно, была частью новой двойной системы черной вдовы, которую они назвали ZTF J1406+1222.

Астрономы искали звезду в наблюдениях, сделанных Gaia, космическим телескопом Европейского космического агентства, который проводит точные измерения положения и движения звезд в небе.

Оглядываясь назад на измерения звезды, сделанные с помощью Sloan Digital Sky Survey, команда обнаружила, что за двойной черной вдовой следует еще одна далекая звезда. Судя по их расчетам, эта третья звезда будет вращаться вокруг внутренней двойной системы каждые 10 000 лет.

Любопытно, что астрономы не обнаружили непосредственно гамма- или рентгеновское излучение пульсара в двойной системе, что является типичным способом подтверждения черных вдов. Таким образом, ZTF J1406+1222 считается двойным кандидатом на черную вдову, что команда надеется подтвердить будущими наблюдениями.

«Единственное, что мы знаем наверняка, это то, что мы видим звезду, дневная сторона которой намного горячее ночной, и которая обращается вокруг чего-то каждые 62 минуты», — говорят исследователи. «Кажется, все указывает на то, что это двойная черная вдова. Но в ней есть несколько странных вещей, так что, возможно, это что-то совершенно новое».

Ученые планирует продолжить наблюдения за новой системой, а также применить оптическую технику для освещения большего количества нейтронных звезд и черных вдов.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.