Астрономы обнаружили редкую двойную черную вдову с самой короткой орбитой

Вспышка ближайшей звезды привлекла астрономов Массачусетского технологического института к новой загадочной системе в 3000 световых лет от Земли.

Звездная странность, по-видимому, представляет собой новую «двойную черную вдову» — быстро вращающуюся нейтронную звезду или пульсар, который вращается и медленно поглощает меньшую звезду-компаньон, как его тезка-паукообразный делает со своей половинкой.

Астрономам известно около двух десятков двойных черных вдов в Млечном Пути.

Этот новейший кандидат, названный ZTF J1406+1222, имеет самый короткий орбитальный период из когда-либо идентифицированных: пульсар и звезда-компаньон обращаются друг вокруг друга каждые 62 минуты.

Система уникальна тем, что в ней находится третья, далеко расположенная звезда, которая обращается вокруг двух внутренних звезд каждые 10 000 лет.

Эта вероятная тройная черная вдова вызывает вопросы о том, как могла сформироваться такая система.

Основываясь на своих наблюдениях, команда Массачусетского технологического института предлагает историю происхождения: как и в случае с большинством двойных черных вдов, тройная система, вероятно, возникла из плотного созвездия старых звезд, известного как шаровое скопление.

Это конкретное скопление могло дрейфовать в центр Млечного Пути, где гравитации центральной черной дыры было достаточно, чтобы разорвать скопление на части, оставив тройную черную вдову нетронутой.

«Это сложный сценарий рождения», — говорит Кевин Бердж, научный сотрудник кафедры физики Массачусетского технологического института Паппалардо.

«Эта система, вероятно, парит в Млечном Пути дольше, чем существует Солнце».

Бердж является автором исследования, опубликованного сегодня в журнале Nature, в котором подробно описывается открытие команды. Исследователи использовали новый подход для обнаружения тройной системы.

В то время как большинство двойных черных вдов обнаруживаются по гамма- и рентгеновскому излучению, испускаемому центральным пульсаром, команда использовала видимый свет и, в частности, вспышку от звезды-компаньона бинарной системы, чтобы обнаружить ZTF J1406+1222.

«Эта система действительно уникальна с точки зрения черных вдов, потому что мы нашли ее в видимом свете, а также из-за ее широкого компаньона и того факта, что она пришла из галактического центра», — говорит Бердж. «Мы еще многого не понимаем в этом.

Но у нас есть новый способ поиска этих систем в небе».

Соавторами исследования являются сотрудники из нескольких учреждений, включая Уорикский университет, Калифорнийский технологический институт, Вашингтонский университет, Университет Макгилла и Университет Мэриленда.

День и ночь

Двойные системы «черная вдова» питаются от пульсаров — быстро вращающихся нейтронных звезд, которые являются коллапсирующими ядрами массивных звезд.

Пульсары имеют головокружительный период вращения, вращаясь каждые несколько миллисекунд и испуская при этом вспышки высокоэнергетического гамма- и рентгеновского излучения.

Обычно пульсары вращаются вниз и быстро умирают, поскольку сжигают огромное количество энергии. Но время от времени проходящая звезда может дать пульсару новую жизнь.

Когда звезда приближается, гравитация пульсара отрывает материал от звезды, что дает новую энергию для вращения пульсара. Затем «переработанный» пульсар начинает переизлучать энергию, которая еще больше лишает звезду и в конечном итоге разрушает ее.

«Эти системы называют черными вдовами из-за того, что пульсар как бы поглощает то, что его переработало, точно так же, как паук съедает свою половинку», — говорит Бердж.

Каждая двойная черная вдова на сегодняшний день была обнаружена с помощью гамма-вспышек и рентгеновских вспышек пульсара. Сначала Бердж наткнулся на ZTF J1406+1222 благодаря оптическому вспышке звезды-компаньона.

Оказывается, дневная сторона звезды-компаньона — сторона, постоянно обращенная к пульсару — может быть во много раз горячее, чем ее ночная сторона, из-за постоянного высокоэнергетического излучения, которое она получает от пульсара.

«Я подумал, что вместо того, чтобы искать непосредственно пульсар, попробуйте поискать звезду, которую он готовит», — объясняет Бердж.

Он рассудил, что если астрономы наблюдают звезду, яркость которой периодически сильно меняется, это будет сильным сигналом того, что она находится в двойной системе с пульсаром.

Звездное движение

Чтобы проверить эту теорию, Бердж и его коллеги просмотрели оптические данные, полученные Zwicky Transient Facility, обсерваторией в Калифорнии, которая делает широкоугольные изображения ночного неба.

Команда изучила яркость звезд, чтобы увидеть, резко ли они изменились в 10 или более раз на временной шкале около часа или меньше — признаки, указывающие на присутствие звезды-компаньона, вращающейся вокруг пульсара.

Команда смогла выбрать дюжину известных двоичных файлов черной вдовы, подтвердив точность нового метода. Затем они заметили звезду, яркость которой менялась в 13 раз каждые 62 минуты, что указывает на то, что она, вероятно, была частью новой двойной системы черной вдовы, которую они назвали ZTF J1406+1222.

Они искали звезду в наблюдениях, сделанных Gaia, космическим телескопом Европейского космического агентства, который проводит точные измерения положения и движения звезд в небе.

Оглядываясь назад на измерения звезды, сделанные десятилетиями с помощью Sloan Digital Sky Survey, команда обнаружила, что за двойной звездой следует другая далекая звезда. Судя по их расчетам, эта третья звезда совершала оборот вокруг внутренней двойной системы каждые 10 000 лет.

Любопытно, что астрономы не обнаружили непосредственно гамма- или рентгеновское излучение пульсара в двойной системе, что является типичным способом подтверждения черных вдов. Таким образом, ZTF J1406+1222 считается бинарным кандидатом в черную вдову, что команда надеется подтвердить будущими наблюдениями.

«Единственное, что мы знаем наверняка, это то, что мы видим звезду, дневная сторона которой намного горячее ночной, и которая обращается вокруг чего-то каждые 62 минуты», — говорит Бердж. «Кажется, все указывает на то, что это двоичный файл черной вдовы. Но в нем есть несколько странных вещей, так что, возможно, это что-то совершенно новое».

Команда планирует продолжить наблюдения за новой системой, а также применить оптическую технику для освещения большего количества нейтронных звезд и черных вдов в небе.

Это исследование было частично поддержано Национальным научным фондом.

Автор Дженнифер Чу.