«Джеймс Уэбб» сфотографировал планеты около мертвых звезд

После гибели звезд наподобие Солнца остаются белые карлики – остатки их ядер. Но перед смертью такие звезды сильно раздуваются. Внешняя оболочка Солнца, например, поглотит Меркурий, Венеру, Землю, возможно, и Марс. Но остается вопрос относительно судьбы других планет. Новые снимки, сделанные космическим телескопом «Джеймс Уэбб», показывают, как может выглядеть Солнечная система после смерти звезды. Обсерватория обнаружила две планеты-гиганта, которые вращаются вокруг белых карликов – остатков солнцеподобных звезд. Сам по себе прямой снимок экзопланет – большая редкость. Всего несколько десятков из пяти с половиной тысяч было открыто с помощью прямых наблюдений. А тут еще и вместо полноценных звезд – белые карлики. Карлик WD 1202-232 находится на расстоянии 34 световых года от нас, а WD 2105-82 – в 53 световых годах. Пока удалось оценить лишь приблизительно массу обнаруженных планет на их орбитах – от одной до семи масс Юпитера. Зато известны расстояния от белых карликов. В первом случае это 11,47 а.е. (для сравнения, Сатурн находится на расстоянии 9,5 а.е. от Солнца), а во втором случае – 34,62 е.а. (для сравнения, Нептун находится на расстоянии около 30 а.е. от Солнца).

Эти наблюдения показывают, что планеты-гиганты смогли пережить гибель своих звезд и остались на орбитах. Дальнейшие наблюдения покажут, как будет меняться их движение. Возможно, эти планеты постепенно отдаляются от белых карликов и однажды станут блуждающими. В любом случае эти объекты интересны с точки зрения предсказания судьбы планет-гигантов в Солнечной системе после гибели Солнца.

Массивный белый карлик сбежал из звездного скопления Гиады

Астрономы изучают причины, почему в соседнем звездном скоплении Гиады так мало белых карликов. Недавно они обнаружили один из них, который «убежал» оттуда. Это очень большой для собственного класса объект. Его масса в 1,3 раза больше солнечной. Ученые во главе с Дэвидом Миллером из Университета Британской Колумбии опубликовали в The Astrophysical Journal исследование, посвященное чрезвычайно массивному белому карлику, выброшенному из Гиад. Гиады — это рассеянное звездное скопление, группа звезд, родившихся вместе из одного газопылевого облака и с тех пор путешествующих по Вселенной. Это один из ближайших к Земле подобных кластеров, поэтому он достаточно неплохо виден на небе. Они похожи на маленькую перевернутую букву V рядом с Альдебараном, и именно на них указывают звезды в Поясе Ориона. Благодаря такой близости Гиады являются наиболее изученным рассеянным скоплением. Однако у них остается немало загадок. Например, недавно ученые предположили, что внутри них может скрываться несколько черных дыр и они являются ближайшими к Земле подобными объектами. Но теперь речь идет о других экзотических телах — белых карликах. Эти объекты имеют диаметр, сопоставимый с Землей, но их масса составляет от половины до целой массы Солнца. Белые карлики — очень плотные звезды, внутри которых уже почти погасли термоядерные реакции, но они светят остаточным светом, очень медленно остывая.

Скопление Гиады. Источник: NASA, ESA, and STScI

Загадка белых карликов в Гиадах заключается в том, что их там очень мало как для такого большого и старого скопления. Всего восемь объектов было найдено за годы наблюдения. Однако новое исследование приоткрывает тайну того, куда они девались.

Белый карлик, что «убежал» из Гиад

Наиболее правдоподобной на сегодняшний день выглядит идея, что белые карлики покидают Гиады вследствие гравитационного взаимодействия с другими объектами. Понимать это как «бегство» или «изгнание» — вопрос нашего земного восприятия космических процессов.

Как бы там ни было, ученые нашли белый карлик, траектория которого доказывает, что он когда-то входил в состав Гиад, но оставил их. Точнее, специалисты нашли три подобных звезды, которые могли бы произойти оттуда, но анализ движения двух из них показал, что они не были членами этого звездного скопления. Однако их теорию это все равно доказывает.

Загадка рождения звезды

Однако звезда-изгнанница неожиданно подарила ученым сюрприз. Она принадлежит к сверхмассивным белым карликам. Объекты этого класса не могут быть тяжелее 1,44 массы Солнца, иначе они превратятся в нейтронные звезды. Однако большинство из них на самом деле значительно легче и имеют лишь 0,6 солнечной массы.

И только небольшая часть белых карликов имеет массу, сравнимую с нашим светилом, и именно их называют сверхмассивными. Звезда-изгнанница с массой в 1,317 солнечных относится именно к таковым. Это все еще достаточно далеко от границы Чандрасекара, но для того, чтобы такой объект образовался, необходимы особые условия.

Обычно сверхмассивные карлики образуются в тесных парах. Звездный материал с меньшей звезды перетекает на более тяжелую, и она постепенно становится все больше. Однако анализ возраста звезды-изгнанницы показывает, что предок у нее был только один.

Астрономы обнаружили 21 нового кандидата в белые карлики с чрезвычайно малой массой

Используя данные Большого многоцелевого спектроскопа для наблюдения обширных районов неба (LAMOST) и спутника ESA Gaia, астрономы обнаружили, с высокой вероятностью, 21 новых белых карлика с чрезвычайно малой массой. Об этом сообщается в статье, опубликованной 27 июля на сервере препринтов arXiv. Чрезвычайно маломассивные (ELM) белые карлики (WD) — редкие объекты, встречающиеся чаще всего в короткопериодических двойных системах. В двойных системах ELM WD одна из звезд имеет массу менее 0,3 массы Солнца. Предполагается, что столь малая масса не может быть результатом обычной эволюции одиночной звезды; поэтому считается, что эти системы претерпевают значительную потерю массы в ходе своей эволюции. На сегодняшний день известны всего около 100 ELM WD, поэтому поиск новых систем и их подробное изучение имеет важное значение для углубления наших знаний о звездной эволюции. Предполагается, что некоторые системы этого типа также излучают гравитационные волны и, следовательно, могут пролить больше света на природу этого явления. Теперь группа астрономов во главе с Куном Ваном из Западно-Китайского педагогического университета в Наньчуне, Китай, сообщает об открытии 21 новой WD ELM после исследования более 100 известных объектов-кандидатов этого типа.

«Основываясь на спектральной базе данных LAMOST DR8, мы проанализировали 136 кандидатов в ELM WD, выбранных из данных Gaia DR2, и 12 известных объектов, ранее идентифицированных с помощью ELM Survey», — пишут исследователи в статье.

В целом, команда Ванга изучила в общей сложности 188 спектров LAMOST с низким разрешением, 172 из которых принадлежат 136 кандидатам ELM WD. Другие 16 спектров относятся к 12 ранее известным образцам. Ученые получили параметры атмосферы и лучевые скорости (ЛС) по каждому из 188 спектров LAMOST. Результаты указывают на большое разнообразие звезд среди 136 кандидатов в ELM WD, большинство из которых могут быть горячими субкарликами или стандартными белыми карликами.

В ходе исследования была выявлена 21 новая высоковероятная ELM WD с массой ниже 0,3 массы Солнца и оценками параллакса, которые согласуются с точностью до трех. Два недавно обнаруженных кандидата в ELM WD, обозначенные как J0338+4134 и J1129+471, демонстрируют значительную изменчивость ЛС, и исследователи предполагают, что они, скорее всего, представляют собой двойные системы, содержащие по крайней мере один ELM WD. J0338+4134 и J112 +471 также являются единственными двумя новыми высоковероятными ELM WD, которые имеют больше одного спектра.

Кроме того, астрономы обнаружили, что J0338+4134 демонстрирует относительно высокое проецируемое вращение, которое может быть результатом вращения, смешения линий или орбитального размытия. Однако для подтверждения этого вывода необходимы дальнейшие последующие спектроскопические наблюдения с высоким разрешением.

Авторы статьи отметили, что их исследование демонстрирует потенциал использования LAMOST для поиска и исследования новых ELM WD.

«Данные ЛС LAMOST из разных эпох позволят нам подтвердить их природу как ELM WD и получить их физические параметры», — заключили они.

Астрономы нашли фрагменты экзопланетной коры в атмосфере старого белого карлика

Астрономы подтвердили идею о том, что скалистые дифференцированные планеты могут образовываться вокруг короткоживущих массивных звезд B-типа. Об этом, по мнению ученых, говорят следы фрагментов коры экзопланет, найденные в фотосферах четырех холодных старых белых карликов. Препринт работы опубликован на сайте arXiv. Белые карлики — один из типов компактных объектов, образующихся в финале жизни звезд. Эти тела обладают массой, сравнимой с массой Солнца, при радиусе, сравнимом с радиусом Земли, и характеризуются непрерывным процессом оседания тяжелых элементов в более глубокие слои карлика, из-за чего в их атмосфере должны наблюдаться лишь легкие элементы, такие как водород или гелий. Однако в реальности найдено много белых карликов, атмосфера которых загрязнена металлами (элементами, тяжелее водорода и гелия), а от некоторых карликов зарегистрирован избыток инфракрасного излучения. Подобные наблюдения ученые связывают с процессами приливного разрушения карликом планетезималей или планет и последующей аккрецией вещества. Таким образом, астрономы получили методику исследования состава планетезималей в других системах, а также еще один метод выявления экзопланет. Группа астрономов во главе с Марком Холландсом (Mark A. Hollands) из Уорикского университета опубликовала результаты анализа спектроскопических наблюдений, полученных наземными телескопами, за четырьмя холодными (эффективная температура менее пяти тысяч кельвинов) и старыми (5-10 миллиардов лет) белыми карликами LHS 2534, WD J231726.74+183052.75, WD J182458.45+121316.82 и SDSS J133001.17+643523.69, атмосфера которых демонстрировала загрязнение металлами. 

В фотосферах карликов были найдены литий, кальций и натрий, при этом в случае карлика LHS 2534 были найдены также магний, калий, хром и железо. Состав обломочного материала, который попадает на исследованные белые карлики обогащен литием и обеднен кальцием по сравнению с телами Солнечной системы и наиболее близко соответствует содержанию, обнаруженному в материковой коре Земли.

В случае системы WD J2317+1830 был замечен избыток инфракрасного излучения, что говорит о продолжающейся аккреции обломков из околозвездного диска на карлик, при этом общая скорость аккреции оценивается в 3×106 грамм в секунду. Если учесть, что прародителем этого белого карлика могла быть звезда с массой 4,8 массы Солнца, а идея об образовании планет уже после смерти звезды была признана неудачной, то это доказывает идею о том, что звезды спектрального типа B образуют планетные системы и доживают до стадии белого карлика. Кроме того, WD J2317+1830 является одной из старейших систем, где могли сформироваться дифференцированные скалистые планеты. Все это позволяет наложить ограничения на модели формирования планет, которые чрезвычайно трудно получить в ходе наблюдений за планетами вокруг звезд главной последовательности или гигантов.

Ранее мы рассказывали о том, как астрономы впервые нашли объект планетарного масштаба у белого карлика и уличили объект такого рода в поглощении богатой водой планетезимали.

Невспыхнувшая сверхновая и белый карлик, которого не может быть

Сверхновая потому и называется сверхновой, что звезда вспыхивает, увеличивая блеск в миллионы раз. После на месте вспышки можно найти звездный остаток и расширяющуюся туманность. Но иногда этот этап звездной эволюции идет не по сценарию. Вспышки сверхновых связаны с разными вариантами эволюции массивных звезд. Катастрофическое повышение блеска может быть результатом, как завершением эволюции одиночной звезды, так и термоядерного взрыва белого карлика в тесной двойной системе. Последний вариант для астрофизиков особенно интересен – эти вспышки похожи друг на друга, как горошины в стручке. Обычно компаньон белого карлика в таких системах – маленькая обычная звезда – красный карлик. Но что будет происходить в системе, состоящей из двух белых карликов? Белый карлик – не совсем обычная звезда, и по цвету она не обязательно белая. Если звезда с самого начала обладала небольшой массой, то, в конце концов, в ее ядре водород превращается в гелий, затем гелий может превратиться в углерод и кислород, и на этом термоядерные реакции останавливаются. Именно так образуются гелиевые или углеродно-кислородные белые карлики. После прекращения термоядерных реакций гравитацию в белом карлике может уравновесить только релятивистский эффект – давление вырожденного электронного газа. Чем больше масса такой звезды, тем меньше ее радиус. 

Но для белых карликов существует четко обозначенный предел массы: чуть меньше, чем полторы массы Солнца – и белый карлик сожмется еще сильнее, превратившись в нейтронную звезду.

И только в системе из двух белых карликов вместо обычной вспышки сверхновой может возникнуть невозможный объект: белый карлик с массой больше предельной. Именно такой – нестабильный сверхмассивный замагниченный быстро вращающийся белый карлик, возникший в результате слияния двух обычных белых карликов, удалось обнаружить в центре туманности WS35 в созвездии Кассиопеи.

По спектру удалось установить, что температура поверхности центральной звезды должна составлять порядка 200 тысяч кельвинов, а по массе она на 80 процентов состоит из кислорода и на 20 процентов из углерода, а водород и гелий отсутствуют, как и должно быть в случае слияния белых карликов. Зато скорость звездного ветра составляет 16 тысяч километров в секунду, что бывает только у сброшенных при взрыве сверхновой оболочек.

В конце концов часть лишней массы будет сброшена. Время существования такого объекта всего несколько тысяч лет, затем наступит коллапс светила с его превращением в маломассивную нейтронную звезду. Этот переход будет сопровождаться гамма-всплеском, резким увеличением нейтринного потока, и наконец-то вспыхнет несостоявшаяся сверхновая.
Несколько моделей "нормальных сверхновых":

Белые карлики склонны к «перееданию», выяснили исследователи

Астрофизик из Университета Кентербери, Новая Зеландия, доктор Саймон Скаринжи (Simone Scaringi) сделал неожиданное новое открытие, связанное с особенностями роста белых карликов в космосе. Белые карлики – это остатки звезд, подобных Солнцу, которые исчерпали запасы своего «звездного топлива». Белые карлики являются плотными объектами: их размер сравним с размером Земли, а масса близка к массе Солнца. Они растут, аккрецируя, или накапливая, материю, переходящую к ним со внешних слоев звезды-компаньона. Большинство белых карликов долгое время считались «немагнитными». Когда белые карлики растут с очень низкой скоростью, они аккрецируют массу отдельными порциями. В ходе таких «порционных приемов пищи» белые карлики «объедаются» в течение очень короткого периода времени, говорит доктор Скаринжи. Изучив данные, собранные при помощи космической обсерватории НАСА Kepler («Кеплер»), команда международных исследователей, возглавляемая доктором Скаринжи, обнаружила, что один из таких немагнитных белых карликов ведет себя так, словно обладает мощным магнитным полем.

«Мы наблюдали эпизоды мощных вспышек, указывающих на аккрецию материала, чередующихся с периодами отсутствия аккреции. Такая спорадическая активность лучше всего объясняется присутствием мощного магнитного поля», - сказал Скаринжи.

«Это магнитное поле служит своего рода барьером, препятствующим проникновению массы к белому карлику, поэтому сначала происходит накопление материала перед «барьером» и лишь тогда, когда гравитационные силы, действующие на материю, сравняются с отталкивающими магнитными силами, происходит «обрушение», и накопившаяся масса падает на белый карлик, вызывая мощную вспышку», - продолжил он.

Эти находки имеют фундаментальное значение для астрофизики, считает доктор Скаринжи. Они позволяют установить четкую связь между различными известными примерами аккреции материи во Вселенной, независимо от природы центрального объекта-аттрактора, в роли которого могут выступать кроме белых карликов также нейтронные звезды, черные дыры или протозвезды.