Килоновая звезда – это довольно редкий космичсекий объект. Астрономы считают, что в Млечном Пути их всего около десяти. Но они необычайно мощные и производят тяжёлые элементы, такие как уран, торий и золото.
Обычно астрономы замечают их после того, как они сливаются и испускают мощные гамма-всплески (GRB). Но астрономы, использующие телескоп SMARTS, говорят, что впервые обнаружили прародителя килоновой.
Взрыв килоновой происходит, когда две нейтронные звезды – или нейтронная звезда и чёрная дыра – сливаются. Нейтронные звёзды – это звёздные остатки массивных звёзд, которые взрываются как сверхновые. Это самые маленькие и самые плотные астрономические объекты, о которых мы знаем.
Прародители килоновой
Астрономы заметили прародителей килоновой звезды на расстоянии около 11 400 световых лет. Эти звёзды получили название CPD-29 2176 и впервые они были обнаружены обсерваторией “Свифт” (НАСА). Дополнительные наблюдения с помощью 1,5-метрового телескопа SMARTS в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили позволили получить больше данных.
Выводы изложены в статье под названием “Массивная рентгеновская двойная система, произошедшая от сверхновой с ультратонкой оболочкой”, которая была опубликована в журнале Nature. Ведущий автор – Ноэль Д. Ричардсон, доцент кафедры физики и астрономии Авиационного университета Эмбри-Риддла.
CPD-29 2176 ещё не пара нейтронных звёзд: одна из них – нейтронная звезда, а другая – массивная звезда, готовящаяся взорваться как сверхновая и оставить после себя нейтронную звезду. Всё готово для рождения килоновой примерно через один миллион лет, а возможно, и позже.
Но для того, чтобы в будущем пара нейтронных звёзд слилась в килонову, вторая звезда должна взорваться как сверхновая особого типа, называемая сверхновой с ультратонкой оболочкой (ultra-stripped supernova). Одна из причин того, что килоновые так редки, заключается в том, что сверхновые звёзды с ультратонкими оболочками очень редки. И если этого вам покажется недостаточно, то учтите ещё, что существующая нейтронная звезда также должна взорваться как сверхновая.
Такие разные взрывы
Когда типичная сверхновая взрывается, она высвобождает огромное количество энергии. Взрыв может выкинуть из системы спутника нейтронную звезду, перекрыв путь к потенциальной килоновой. В конце концов, сверхновая оставит после себя нейтронную звезду, но она будет одна, и у двух нейтронных звёзд не будет возможности слиться и взорваться как килоновая звезда.
Но сверхновая с ультратонкой оболочкой (USSN) отличается от типичных сверхновых. Ультратонкая означает, что перед взрывом сверхновая должна испытать экстремальную потерю массы. Масса перейдёт к её звёздному компаньону, и без этой массы взрыв сверхновой не настолько мощный, чтобы выбросить компаньона при взрыве сверхновой. Это важные детали, потому что большинство звёзд, достаточно массивных, чтобы взорваться как сверхновые, существуют именно в двойных парах.
Взаимодействия между парой звёзд до того, как одна из них взорвётся как сверхновая, имеют решающее значение для любой возможной килоновой. Изменения массы, звёздное вращение и ядерное горение определяют возможную массу ядра сверхновой. При правильных, но редких условиях она создаёт сверхновую с ультратонкой оболочкой.
Это то, что происходит в CPD-29 2176, и исследователи сомневаются, что у сверхновой будет достаточно энергии, когда она взорвётся, чтобы выбросить своего спутника из системы. Не только нынешняя массивная звезда должна взорваться как USSN, но и существующая нейтронная звезда тоже, иначе, когда она взорвётся как типичная сверхновая, она выбросит своего звёздного компаньона. Поэтому необходимы два события USSN.
“Нынешняя нейтронная звезда должна была сформироваться без выброса своего компаньона из системы. Сверхновая с ультратонкой оболочкой – лучшее объяснение того, почему эти звёзды-компаньоны находятся на такой узкой орбите”, – сказал ведущий автор статьи Ричардсон. “Чтобы однажды создать килоновую, другая звезда также должна взорваться как сверхновая, чтобы две нейтронные звезды могли в конечном итоге столкнуться и слиться”.
Это объясняет, почему килоновые так редки. Обязательными условиями являются потеря массы и ослабленные взрывы сверхновых.
Новая килоновая звезда
Исследователи объяснили, как система развивалась до сих пор и что, вероятно, произойдёт в будущем.
Сначала две массивные голубые звезды образуют двойную пару. Звёзды никогда не бывают одинакового размера; одна всегда массивнее. По мере того, как более массивная звезда приближается к концу своей жизни и раздувается, меньший компаньон может откачивать часть материала более крупной звезды и снимать значительную часть её внешней атмосферы. Затем более крупная звезда взрывается как сверхновая, но без достаточной взрывной силы, чтобы вытолкнуть своего компаньона. На месте массивной звезды появляется нейтронная звезда.
Следующий этап – это то, чем сейчас является CPD-29 2176. Есть нейтронная звезда и большая звезда, которая ещё не взорвалась. Нейтронная звезда откачивает внешние слои звезды, вызывая значительную потерю массы.
Где-то через миллион лет оставшаяся звезда потеряет большую часть своей массы и взорвётся как сверхновая. Взрыв не будет достаточно мощным, чтобы выбить компаньона из системы. Таким образом пара нейтронных звёзд будет вращаться друг вокруг друга, пока они не сблизяться двигаясь по спирали и, в конце концов, не сольются.
“Долгое время астрономы размышляли о точных условиях, которые в конечном итоге могут привести к появлению килоновой”, – сказал астроном и соавтор Андре-Николя Шене. “Эти новые результаты демонстрируют, что, по крайней мере, в некоторых случаях две родственные нейтронные звезды могут сливаться, если одна из них была создана без классического взрыва сверхновой”.
Шансы на то, что это произойдёт, довольно небольшие. Но поскольку килоновые существуют, обстоятельства должны сойтись, чтобы их произвести. Так что каждый раз, когда мы видим, что родилась ещё одна килоновая звезда, мы становимся свидетелями события, происходящего один раз на десять миллиардов.
“Мы знаем, что Млечный Путь содержит не менее 100 миллиардов звёзд. Эта замечательная бинарная система, по сути, представляет собой систему один к десяти миллиардам”, – сказал Шене. “До нашего исследования считалось, что в спиральной галактике, такой как Млечный Путь, должны существовать только одна или две такие системы”.
Килоновые – это нечто большее, чем гравитационные волны и массивный взрыв. Эти события также являются источником тяжёлых элементов во Вселенной. Таким образом, их изучение не только раскрывает подробности о событиях, которые к ним привели, но также помогает разобраться в истории нуклеосинтеза.
Но человечеству придётся пережить ужасно долгое время, чтобы увидеть это килоновое событие. Звезде может потребоваться более миллиона лет, чтобы взорваться как сверхновая. И когда это произойдёт, две нейтронные звезды должны будут оказаться достаточно близко друг к другу, прежде чем сможет возникнуть килоновая. Это много времени и много обстоятельств.
