Найден рекордный коричневый карлик, который оказался горячее Солнца

Объект, вращающийся вокруг звезды на расстоянии 1400 световых лет от Земли, серьезно противоречит нашим представлениям о том, что возможно во Вселенной.

Это коричневый карлик — любопытная категория объектов, которые по массе находятся между планетами и звездами. Он расположен на такой близкой орбите к своей очень горячей родительской звездой, что его температура превышает 8000 кельвинов (7727 градусов по Цельсию), что достаточно горячо, чтобы расщепить молекулы в его атмосфере на составные атомы.

Такая температура намного выше, чем на поверхности Солнца, где она составляет 5778 градусов по Кельвину. Фактически, этот коричневый карлик является температурным рекордсменом — самым горячим объектом такого рода, который астрономы когда-либо находили.

Несмотря на то, что коричневые карлики, как правило, горячее планет, они холоднее, чем самые холодные красные карлики — и они абсолютно не могут достичь солнечной температуры за счет своих собственных внутренних ресурсов.

Международная группа ученых под руководством астрофизика Наамы Халлакун из Научного института Вейцмана в Израиле назвала обнаруженный объект WD0032-317B.

Открытие, по словам ученых, может помочь понять, что происходит с юпитеро-подобными газовыми гигантами, вращающимися вокруг чрезвычайно горячих массивных звезд, наблюдение за которыми может быть затруднено из-за свойств звезд, таких как их активность и скорость вращения.

Планеты, вращающиеся вокруг своих звезд, получают огромное количество ультрафиолетового света. Это может привести к тому, что их атмосфера испарится, а молекулы в ней будут разорваны, процесс, известный как термическая диссоциация.

Однако мы мало что знаем об этой экстремальной среде. В такой непосредственной близости от очень яркой звезды сигналы от вращающейся вокруг экзопланеты может быть трудно отличить от звездной активности.

Астрономы знают об одной экзопланете, достаточно горячей для термической диссоциации. Это KELT-9b, вращающийся вокруг звезды-сверхгиганта, которая нагревает дневную сторону экзопланеты до температуры, превышающей 4600 градусов по Кельвину.

Это горячее, чем большинство звезд — красные карлики, самые распространенные звезды в галактике, имеют максимальную температуру поверхности около 4000 Кельвинов.

Однако одним из способов изучения этих экстремальных режимов могут быть коричневые карлики в двойных системах с белыми карликами. Белые карлики намного меньше голубых сверхгигантов, таких как KELT-9, что, в свою очередь, делает их тусклее, а сигнал от любых перегретых объектов-компаньонов легче обнаружить.

Коричневый карлик — это не совсем планета, но и не совсем звезда. Примерно в 13 раз больше массы Юпитера, планетоподобный объект может иметь достаточное давление и тепло в своем ядре, чтобы воспламенить дейтериевый синтез.

Дейтерий — это «тяжелый» изотоп водорода; температура и давление, необходимые для его синтеза, намного ниже, чем температура и давление, необходимые для синтеза обычного водорода, горящего в ядрах звезд.

Масса коричневых карликов может быть в 80 раз больше, чем у Юпитера, а их температура достигает при этом 2500 Кельвинов. Они холоднее и тусклее красных карликов, но светятся в инфракрасном диапазоне.

Белые карлики, с другой стороны, являются последней стадией жизни таких звезд, как Солнце. Когда в ядре звезды заканчивается водород, она сбрасывает свои внешние слои, и ядро, больше не поддерживаемое внешним давлением ядерного синтеза, коллапсирует в сверхплотный объект размером с Землю.

Белые карлики светятся остаточным теплом, но процесс смерти идет очень энергично — они очень горячие, а их температура сравнима с температурой голубых сверхгигантов.

Это подводит нас к WD0032-317, очень горячему белому карлику с малой массой — около 40 процентов массы Солнца, горящие при температуре около 37 000 Кельвинов.

В начале 2000-х данные, полученные с помощью прибора Ultra-Violet-Visual Echelle Spectrograph (UVES) на Очень Большом Телескопе Европейской южной обсерватории, показали, что WD0032-317 перемещается, подтягиваемый на месте невидимым орбитальным компаньоном. Последние наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне позволили предположить, что этим компаньоном является коричневый карлик.

Ученые использовали UVES для получения новых наблюдений за звездой и обнаружили, что компаньон — коричневый карлик с массой от 75 до 88 юпитеров делает один оборот всего за 2,3 часа.

Когда дневная сторона коричневого карлика обращена к Земле, астрономы могут обнаружить водород, который он испускает, когда звезда его испаряет.

Поскольку коричневый карлик и звезда находятся так близко друг к другу, коричневый карлик заблокирован приливами. Это означает, что одна сторона — дневная — постоянно обращена к звезде, а другая остается в постоянной ночи. Ученые подсчитали экстремальные температуры, и цифры впечатляют.

«В зависимости от используемой модели ядра белого карлика температура нагретой дневной стороны компаньона колеблется от ≈7250 до 9800 градусов по Кельвину — такая же, как у звезды типа А, а температура на ночной стороне составляет ≈1300–3000 градусов по Кельвину, и разница температур ≈6000 К — примерно в четыре раза больше, чем у KELT-9b», — пишут они в своей статье.

Ни одна из известных планет или коричневых карликов не является более горячей, что делает WD0032-317B не только удивительным, но и отличным кандидатом для изучения того, как чрезвычайно горячие звезды могут испарять своих спутников с меньшей массой. Ученые говорят, что изучение таких объектов, как WD0032-317B, может помочь понять редкие выбросы, такие как KELT-9b.

Исследование было принято журналом Nature Astronomy и доступно на arXiv.