Редкая четверная система может раскрыть тайну коричневых карликов

Во Вселенной существует особый класс объектов, который десятилетиями ставил астрономов в тупик. Это коричневые карлики — космические «неудачники», слишком массивные для планет, но слишком легкие, чтобы зажечь в своем сердце термоядерный синтез водорода и стать полноценными звездами. Эти холодные, тлеющие тела являются ключом к пониманию границы между планетами и светилами, однако их изучение сопряжено с фундаментальной проблемой: по одному взгляду невозможно отличить старого, но массивного карлика от молодого и легкого.

Разгадать эту тайну могут лишь редкие системы, где коричневые карлики соседствуют со звездами, чей возраст можно определить. И вот астрономам посчастливилось найти настоящую «розеттский камень» — уникальную четверную систему, которая обещает революцию в нашей понимании этих загадочных космических обитателей.

Революционное открытие: Иерархическая четверная система

Международная команда исследователей под руководством профессора Цзэнхуа Чжана из Нанкинского университета совершила выдающееся открытие, обнаружив чрезвычайно редкую звездную систему UPM J1040−3551 AabBab в южном созвездии Насос (Antlia), на расстоянии 82 световых года от Земли. Это иерархическая четверная система, что означает ее необычную, но стабильную структуру: две тесные пары объектов медленно вращаются вокруг общего центра масс.

Система состоит из:

• Пары Aab: Два молодых красных карлика (звезды M-типа), обозначенных как Aa и Ab.
• Пары Bab: Два холодных коричневых карлика (объекты T-типа), обозначенных как Ba и Bb.

Эти две пары разделяет колоссальное расстояние в 1656 астрономических единиц (а.е.), что более чем в 40 раз дальше расстояния от Солнца до Плутона. Полный оборот друг вокруг друга у них занимает 100 000 лет, что делает прямое наблюдение их орбитального движения невозможным в рамках человеческой жизни.

Методы обнаружения: Астрометрия и спектроскопия

Чтобы обнаружить и доказать существование этой сложной системы, ученые применили комплексный подход, сочетающий данные нескольких обсерваторий.

1. Наводка от Gaia и WISE: Первоначальный анализ данных с астрометрического спутника ESA «Gaia» и инфракрасного телескопа NASA «WISE» показал, что два источника света (будущие пары Aab и Bab) движутся по небу с одинаковой угловой скоростью и в одном направлении. Это был верный признак их гравитационной связи, несмотря на огромное расстояние.
2. Фотометрические подсказки: Более пристальное изучение выявило аномалии. Фотоцентр более яркой пары Aab слегка колебался, что намекало на ее двойную природу. Ее общая яркость также была примерно на 0,7 звездной величины выше, чем у одиночной звезды с такой же температурой, что логично объяснялось излучением двух почти идентичных светил.
3. Спектроскопическое подтверждение: Критически важную роль сыграли спектроскопические наблюдения, проведенные доктором Фелипе Наварете на телескопе SOAR в Чили. Анализ спектров ближнего инфракрасного диапазона для тусклой пары Bab однозначно показал, что шаблоны для двойных систем соответствуют данным значительно лучше, чем шаблоны для одиночных объектов. Это окончательно подтвердило, что каждый компонент системы сам по себе является тесной двойной парой.

Характеристики компонентов системы

Пара красных карликов (UPM J1040−3551 Aab):

Это два почти идентичных светила с температурой около 3200 Кельвинов (≈2900 °C). Их масса оценивается в 17% от массы Солнца каждая. Несмотря на относительную близость к Земле, они чрезвычайно тусклы: их видимая звездная величина составляет 14,6, что делает их в 100 000 раз слабее Полярной звезды. Чтобы увидеть эту пару невооруженным глазом, нам пришлось бы приблизиться к ним на расстояние всего 1,5 световых года.

Пара коричневых карликов (UPM J1040−3551 Bab):
Это самые интересные и ценные объекты системы. Это два холодных тела спектрального класса T:

• Ba: с температурой ~820 К (≈550 °C).
• Bb: с температурой ~690 К (≈420 °C).

Их размеры сравнимы с Юпитером, но массы превосходят массу крупнейшей планеты Солнечной системы в 10–30 раз. Они практически не излучают видимого света и в ближнем инфракрасном диапазоне примерно в 1000 раз тусклее своей звездной пары-компаньона.

Научная ценность: Ключ к разгадке тайны коричневых карликов

Главная ценность открытия этой системы заключается в ее потенциале для решения фундаментальной «проблемы вырождения возраста и массы» у коричневых карликов.

Коричневые карлики не горят, а медленно остывают на протяжении всей жизни. Это означает, что изолированный объект с температурой 800 К может быть как молодым (возрастом 100 млн лет) и относительно легким (в 15 раз массивнее Юпитера), так и старым (возрастом 10 млрд лет) и более тяжелым (в 40 раз массивнее Юпитера). Без знания хотя бы одного параметра (возраста или массы) точно определить второй невозможно.

Система UPM J1040−3551 предоставляет уникальный возрастной эталон. Поскольку все четыре объекта сформировались вместе из одного облака газа и пыли, их возраст одинаков. Астрономы могут достаточно точно определить возраст звездной пары (Aab) по их признакам, таким как излучение в линии H-альфа. Для данной системы возраст оценивается в широком диапазоне от 300 миллионов до 2 миллиардов лет. Зная возраст, ученые могут калибровать эволюционные модели, определяя, какая масса соответствует наблюдаемой температуре коричневых карликов в этом возрасте.

Перспективы будущих исследований

Это открытие — не конечная точка, а отправная для новых, еще более детальных исследований. Ученые полагают, что в будущем с помощью телескопов с адаптивной оптикой и методов сверхвысокого разрешения (например, с помощью JWST или будущего Чрезвычайно Большого Телескопа ELT) они смогут:

• Разрешить пару коричневых карликов (Bab) визуально, то есть увидеть их по отдельности.
• Отследить их орбитальное движение друг вокруг друга, что позволит с беспрецедентной точностью вычислить их динамические массы по законам Кеплера.

Это превратит систему UPM J1040−3551 из возрастного эталона еще и в эталон массы, предоставив две точки калибровки для проверки и уточнения теоретических моделей формирования и эволюции этих загадочных объектов.

Уникальная космическая лаборатория

Открытие иерархической четверной системы UPM J1040−3551 является ярким примером того, как современная астрономия объединяет данные мощных обсерваторий для решения глубоких фундаментальных проблем.

Эта система представляет собой бесценную естественную лабораторию, которая позволит астрономам наконец-то «взвесить» и «датировать» коричневые карлики. Она не только углубляет наше понимание этих субзвездных объектов, но и проливает свет на разнообразие и сложность путей формирования звездных систем в окрестностях нашего Солнца.