Ни планета, ни звезда: телескоп TESS помог найти редкого коричневого карлика

Группа астрономов под руководством ученых из Гарвардского университета и Смитсоновской астрофизической обсерватории обнаружила коричневый карлик, который обращается вокруг яркой и массивной звезды HIP 61637. Объект, получивший обозначение HIP 61637 b, был найден с помощью космического телескопа TESS и подтвержден наземными спектроскопическими наблюдениями. Результаты исследования представлены к публикации в The Astronomical Journal и доступны в открытом архиве научных препринтов.

Астрономы давно пытаются понять природу коричневых карликов, объектов, которые занимают промежуточное положение между планетами и звездами. Они слишком велики, чтобы считаться планетами, но недостаточно массивны, чтобы запустить в своих недрах полноценные термоядерные реакции, как это происходит у обычных звезд. Одна из главных трудностей в их изучении заключается в том, что такие объекты крайне редко встречаются на орбитах вокруг горячих и массивных звезд. Это явление даже получило название «пустыня коричневых карликов», потому что в этом диапазоне масс обнаружить подобные системы очень сложно.

Новое открытие как раз заполняет этот пробел. Исследователи проанализировали данные космического телескопа TESS, который регистрирует малейшие изменения яркости звезд. Они заметили, что звезда HIP 61637 периодически тускнеет примерно на десять часов каждые 6,8 дня. Это позволило предположить, что рядом с ней находится крупное тело, которое регулярно проходит по диску звезды. Чтобы подтвердить эту гипотезу, ученые провели серию наблюдений с помощью спектрографа TRES на 1,5-метровом телескопе в Аризоне. Эти измерения показали, что звезда испытывает характерные колебания, вызванные гравитационным влиянием спутника.

В результате совместного анализа транзитных и лучевых скоростей удалось установить, что обнаруженный объект имеет массу около 48 масс Юпитера и радиус примерно в 1,15 радиуса Юпитера. Он обращается вокруг своей звезды по почти круговой орбите на расстоянии около 0,1 астрономической единицы, что в несколько раз ближе орбиты Меркурия. Сама звезда HIP 61637 примерно в 2,86 раза массивнее Солнца и в 4,3 раза больше его по радиусу. Ее температура поверхности достигает 9180 кельвинов, что делает ее значительно горячее Солнца. Интересно, что звезда уже покинула главную последовательность и начинает эволюционировать в сторону субгиганта, а ее возраст оценивается в 396 миллионов лет.

Благодаря тому, что звезда находится на довольно поздней стадии своей жизни, ученые смогли довольно точно определить возраст системы, что редко удается для подобных объектов. Это важно, потому что позволяет проверить теоретические модели эволюции коричневых карликов.

Сравнение возраста, определенного по звездным эволюционным трекам, с предсказаниями моделей для самого коричневого карлика показало интересное расхождение. Некоторые модели, которые не учитывают нагрев от звезды, дают возраст значительно меньше. Это говорит о том, что интенсивное излучение горячей звезды сильно влияет на коричневый карлик, заставляя его оставаться разогретым и расширенным дольше, чем предсказывают теории.

Также было обнаружено, что орбита объекта почти идеально круглая. Это следствие приливных взаимодействий между звездой и спутником. Теоретические расчеты показывают, что за почти 400 миллионов лет существования системы приливные силы успели практически полностью «выровнять» орбиту, что подтверждается близким к нулю значением эксцентриситета. Это важный аргумент в пользу того, что эволюция подобных компактных пар подчиняется законам небесной механики, а не случайным процессам.

Интересно, что в ходе наблюдений был обнаружен еще один слабый компаньон на значительном удалении от звезды, однако он не может объяснить наблюдаемое долговременное изменение лучевой скорости. Это означает, что в системе, вероятно, присутствует еще один, пока невидимый объект, который создает дополнительное гравитационное возмущение. Этот факт открывает перспективы для дальнейших исследований.

В итоге исследователи подтвердили существование и измерили ключевые характеристики коричневого карлика HIP 61637 b, который оказался редким гостем в «пустыне» промежуточных масс. Благодаря тому, что звезда-хозяин находится на эволюционно активном этапе, удалось надежно определить возраст системы и показать, что современные модели эволюции коричневых карликов нуждаются в уточнении, особенно в части учета нагрева от материнской звезды. Это открытие добавляет важный штрих к пониманию того, как формируются и эволюционируют объекты на границе между планетами и звездами.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях