В сердце древнего скопления обнаружена уникальная пара белых карликов
Международная группа астрономов, вооруженная мощью Очень большого телескопа (VLT), заглянула в ядро одного из ближайших к нам шаровых скоплений — NGC 6397. Их цель не была случайной: ученые охотились за необычными двойными системами, которые могут рассказать о бурном прошлом звездных метрополий. Исследование, результаты которого были представлены на сервере препринтов arXiv, увенчалось успехом — была обнаружена и подробно изучена пара, состоящая из двух звезд, уже завершивших свой жизненный путь. Речь идет о компактной двойной системе, включающей два белых карлика, призрачных ядра некогда ярких звезд.
Чтобы понять значимость этой находки, нужно вспомнить, что такое белые карлики. Это финальная стадия жизни звезд вроде нашего Солнца. Исчерпав запасы термоядерного топлива, звезда сбрасывает внешние оболочки, оставляя после себя лишь сверхплотное раскаленное ядро — белый карлик. Обычно эти объекты спокойно остывают на протяжении миллиардов лет, а их атмосферы, из-за чудовищной силы гравитации, должны состоять практически из чистого водорода или гелия.
Однако, как показала практика, природа любит исключения, и некоторые карлики демонстрируют следы более тяжелых элементов, намекая на свое бурное прошлое. Но особый интерес для астрофизиков представляют именно двойные системы, состоящие из двух таких объектов. Считается, что их слияние может приводить к вспышкам сверхновых или рождению более массивных белых карликов, а значит, изучение этих космических дуэтов помогает понять механизмы эволюции звезд.
Шаровое скопление NGC 6397, расположенное на расстоянии примерно 7800 световых лет от Земли, стало идеальным местом для поиска такой экзотической пары. Это одно из ближайших к нам скоплений, возраст которого оценивается в 13,4 миллиарда лет — оно почти ровесник самой Вселенной. За миллиарды лет эволюции в его гравитационном поле произошла так называемая массовая сегрегация: более тяжелые объекты, включая двойные звезды и массивные остатки, «тонут», скапливаясь в центре. Таким образом, ядро NGC 6397 представляет собой настоящую сокровищницу для охотников за компактными объектами.
В центре внимания ученых оказался объект под названием NF1. Ранее его уже заподозрили в том, что он может быть частью двойной системы, возможно, катаклизмической переменной. Однако звезда вела себя тихо, не проявляя переменности блеска, что и дало ей приставку NF (non-flickering — «немерцающая»). Природа ее компаньона оставалась загадкой. Чтобы разгадать ее, команда под руководством Фабиана Геттгенса из Геттингенского университета применила всю мощь инструментов современной астрономии, объединив данные спектрографа MUSE, установленного на VLT, с архивными снимками космического телескопа «Хаббл».
Тщательный анализ света, приходящего от NF1, позволил астрономам буквально «взвесить» и измерить его компоненты. Выяснилось, что видимая нам звезда, обозначенная как NF1 B, — это легковесный белый карлик. Его масса составляет всего 0,23 массы Солнца, что крайне мало для подобного объекта, а радиус, напротив, довольно велик — около 0,11 солнечных радиусов. Температура его поверхности достигает 16 140 К, а светимость почти равна солнечной. Совокупность этих характеристик не оставила сомнений: перед учеными — белый карлик с гелиевым ядром, который образовался в результате эволюции звезды, не сумевшей зажечь углерод в своих недрах.
Но главный сюрприз скрывался в невидимом глазу компаньоне, NF1 A. Анализируя гравитационное влияние, которое он оказывает на своего видимого партнера, ученые рассчитали его массу — не менее 0,78 массы Солнца. При этом он абсолютно не вносит вклада в общий свет системы. Это означает, что NF1 A — тоже компактный объект, звездный остаток. С высокой долей вероятности это еще один, но гораздо более массивный белый карлик, который просто остыл настолько, что его свечение теряется в блеске соседа. Хотя исследователи осторожно отмечают, что крошечная вероятность того, что это нейтронная звезда, все же существует, версия с двойным белым карликом выглядит наиболее убедительно.
Перед нами предстала удивительная картина: два «звездных призрака» танцуют в бесконечно тесном объятии. Период их обращения друг вокруг друга составляет всего 0,54 земных суток, а орбита практически идеально круговая — ее эксцентриситет меньше 0,03. Такая тесная пара движется относительно центра скопления со скоростью 50,1 км/с.
Более того, анализ движения системы выявил любопытную деталь: возможно, этот космический вальс не ограничивается дуэтом. Ученые обнаружили признаки присутствия третьего тела, которое может обращаться вокруг пары с периодом в 20 или 80 дней. Если эта гипотеза подтвердится дальнейшими наблюдениями, то перед нами предстанет еще более редкая и сложная система — тройная, включающая два белых карлика и третьего, пока неизвестного компаньона.
Таким образом, открытие системы NF1 AB в NGC 6397 это не просто находка очередной двойной звезды. Это ключ к пониманию процессов, происходящих в звездных скоплениях. Это редкий экземпляр, который позволит ученым уточнить теории образования и эволюции двойных систем в условиях плотных скоплений, а также, возможно, стать свидетелем будущего слияния, которое зажжет небо новой звездой. Древнее скопление продолжает делиться своими тайнами, напоминая нам, что даже в конце своего пути звезды способны удивлять.