Рентгеновские данные могут быть первым свидетельством того, что звезда пожирает планету

Почти столетие астрономов озадачивала любопытная изменчивость молодых звезд, находящихся в созвездии Тельца, примерно в 450 световых годах от Земли. Одна звезда, в частности, привлекла внимание астрономов. Каждые несколько десятилетий свет звезды постепенно исчезал, прежде чем снова появиться.

В последние годы астрономы часто наблюдали, как звезда тускнеет на более длительные периоды, и возникает вопрос: что неоднократно затушевывает звезду? Ответ, по мнению астрономов, может пролить свет на некоторые из процессов, которые происходят на ранней стадии развития звезды.

Теперь физики из Массачусетского технологического института и других стран наблюдали звезду под названием RW Aur A, используя рентгеновскую обсерваторию Chandra. Они нашли доказательства того, что могло привести к последнему событию затемнения: столкновение двух протопланет, которые в результате стали плотным облаком газа и пыли. Когда этот планетный мусор попал на звезду, он создал толстую «вуаль», временно затеняющую свет звезды.

«Компьютерное моделирование уже давно предсказало, что планеты могут попасть в молодую звезду, но мы никогда раньше не наблюдали этого», — говорит Ганс Мориц Гюнтер, научный сотрудник Института астрофизики и космических исследований им. Кавли, который возглавил исследование. «Если наша интерпретация данных верна, это будет первый случай, когда мы непосредственно наблюдаем за молодой звездой, пожирающей планету или планеты».

Предыдущие события затемнения звезды, возможно, были вызваны подобными столкновениями, либо двух планетарных тел, либо больших остатков от прошлых столкновений, которые встретились снова и разрушились.

«Если вы посмотрите на нашу солнечную систему, то у нас есть планеты, а не массивный диск вокруг солнца», — говорит Гюнтер. «Такие диски живут от 5 до 10 миллионов лет, и в Тельце есть много звезд, которые уже потеряли свой диск, но некоторые из них по-прежнему имеют его. Если вы хотите знать, что происходит на конечных этапах жизненного цикла этого диска , Телец — одно из мест для поиска».

Гюнтер и его коллеги сосредотачиваются на звездах, которые достаточно молоды, чтобы все еще иметь протопланетные диски. Исследователей особенно интересовала RW Aur A, которая находится на более раннем конце возрастных диапазонов для молодых звезд, поскольку, по оценкам, ей несколько миллионов лет. RW Aur A является частью двойной системы, что означает, что она включает другую молодую звезду RW Aur B. Обе эти звезды примерно той же массы, что и наше Солнце.

С 1937 года астрономы регистрировали заметные падения в яркости RW Aur A каждые несколько десятилетий. Каждое событие затемнения продолжалось около месяца. В 2011 году звезда снова погасла, на этот раз на около полугода. Звезда в конце концов появилась, и снова исчезла в середине 2014 года. В ноябре 2016 года звезда вернулась к своей полной яркости.

Астрономы предположили, что затемнение обусловлено проходящим потоком газа на внешнем краю диска звезды. Другие предположили, что затемнение обусловлено процессами, происходящими вблизи центра звезды.

«Мы хотели изучить материал, который покрывает звезду, которая, по-видимому, связана с диском каким-то образом», — говорит Гюнтер. «Это редкая возможность».

В январе 2017 года RW Aur A снова потемнела, и команда использовала рентгеновскую обсерваторию НАСА Chandra для регистрации рентгеновского излучения звезды.

«Рентгеновские лучи исходят от звезды, и спектр рентгеновских лучей изменяется по мере того, как лучи движутся через газ в диске», — говорит Гюнтер. «Мы ищем определенные сигнатуры в рентгеновских лучах, через которые газ выходит в рентгеновском спектре».

Всего Чандра записала 50 килосекунд или почти 14 часов рентгеновских данных от звезды. Проанализировав эти данные, исследователи сделали  несколько неожиданных открытий: на диске звезды находится большое количество материала; звезда намного жарче, чем ожидалось; и на диске содержится гораздо больше железа, чем ожидалось, — не столько железа, сколько содержится на Земле, но больше, чем, скажем, типичная луна в нашей солнечной системе. (У нашей собственной луны, однако, гораздо больше железа, чем ученые оценили на диске звезды).

Этот последний момент был самым интригующим. Как правило, рентгеновский спектр звезды может отображать различные элементы, такие как кислород, железо, кремний и магний, а количество каждого присутствующего элемента зависит от температуры внутри диска звезды.

«Здесь мы видим гораздо больше железа, по крайней мере в 10 раз больше, чем раньше, что очень необычно, потому что обычно звезды, которые активны и горячи, имеют меньше железа, чем другие, в то время как у этой его больше», говорит Гюнтер. «Откуда все это железо?»

Исследователи предполагают, что это избыточное железо может исходить от одного из двух возможных источников. Первое — это явление, известное как ловушка для пыли, в которой мелкие зерна или частицы, такие как железо, могут попасть в «мертвые зоны» диска. Если структура диска внезапно изменяется, например, когда вторая звезда системы проходит близко, полученные приливные силы могут освобождать захваченные частицы, создавая избыток железа, который может попасть в звезду.

Вторая теория более убедительна. В этом случае избыточное железо создается, когда сталкиваются две планеты земного типа или протопланеты, выделяя огромное облако частиц. Если одна или обе планеты состоят частично из железа, их разломы могут высвобождать большое количество железа в диск звезды и временно затенять ее свет, когда материал попадает на звезду.

«Есть много процессов, которые происходят у молодых звезд, но эти два сценария могут сделать что-то похожее на то, что мы наблюдали», — говорит Гюнтер.

Он надеется сделать больше наблюдений за звездой в будущем, чтобы увидеть, изменилось ли количество железа вокруг звезды, что может помочь исследователям определить размер источника железа. Например, если такое же количество железа появится, скажем, через год, это может свидетельствовать о том, что железо происходит из относительно массивного источника, такого как большое планетарное столкновение, и если на диске осталось очень мало железа.

«В настоящее время большое внимание уделяется изучению экзопланет и тому, как они формируются, поэтому, очевидно, очень важно видеть, как молодые планеты могут быть уничтожены во взаимодействии со звездами-хозяевами и другими молодыми планетами, и какие факторы определяют, выживут ли они», — говорят исследователи.

Больше информации: Optical Dimming of RW Aur Associated with an Iron-rich Corona and Exceptionally High Absorbing Column Density, Astronomical Journal (2018). DOI: 10.3847/1538-3881/aac9bd , http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/aac9bd