Молодой ученый КФУ стал автором открытия уникальной двойной звездной системы
В мире современной астрофизики открытия происходят постоянно, но не все они способны изменить представления о фундаментальных процессах, протекающих во Вселенной. Международная группа ученых под руководством заведующего НИЛ «Космические источники рентгеновского излучения» Казанского федерального университета, старшего преподавателя кафедры астрономии и космической геодезии Института физики Ильхама Галиуллина обнаружила уникальную компактную двойную систему, получившую обозначение Gaia19bxc. Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Двойные системы – это не просто две близко расположенные звезды. Они связаны гравитацией и движутся вокруг общего центра масс. Можно представить, что эти звезды – как пара танцоров, взявшихся за руки, – кружатся вместе, двигаются как единое целое. Они служат своего рода природными лабораториями, в которых можно наблюдать важнейшие астрофизические процессы: аккрецию, обмен массой, магнитные взаимодействия и релятивистские эффекты. Именно в таких системах активно исследуются механизмы вспышек новых и сверхновых звезд, а также регистрируются гравитационно-волновые события.
В исследовании ученые сосредоточились на изучении особого класса двойных звезд – аккрецирующих белых карликов в тесных двойных системах. Подобные объекты широко известны как катаклизмические переменные. Теоретические исследования и наблюдения показывают, что их минимальный орбитальный период должен составлять около 80 минут – у большинства известных систем такого типа он не меньше этого значения. Если же все-таки оказывается короче, значит, в ней есть что-то особенное.
«Уникальность Gaia19bxc определяется сочетанием нескольких характеристик, которые ранее никогда не наблюдались одновременно в одном объекте. Во-первых, это чрезвычайно короткий орбитальный период – около 64 минут. Во-вторых, данные, полученные в результате фотометрических и спектроскопических наблюдений системы, указывают на наличие у белого карлика сильного магнитного поля, что является характерной чертой для магнитных катаклизмических переменных, так называемых поляров. В-третьих, в оптических спектрах системы отчетливо видны мощные эмиссионные линии водорода и гелия, что свидетельствует о водородном составе звезды-донора», – рассказал руководитель исследования Ильхам Галиуллин.
Данное открытие значительно расширяет наши знания о заключительных этапах эволюции тесных двойных звездных систем. Эксперт утверждает, что Gaia19bxc представляет собой переходный или промежуточный объект, он подобен недостающему звену, которое так долго искали в палеонтологии, демонстрирующему процесс превращения одних видов в другие.
«Gaia19bxc является первым поляром с таким коротким орбитальным периодом (64 минуты), в котором белый карлик аккрецирует вещество со звезды-донора, богатой водородом. Этот факт отличает его от известных ультракомпактных двойных систем, таких как AM Гончих Псов, где звезда-донор, как правило, богата гелием, а не водородом», – отметил молодой ученый.
Для эффективного исследования и обнаружения объектов в космическом пространстве требуются современные телескопы и космические миссии, основанные на передовых технологиях. Проведенное исследование стало возможным благодаря комплексному использованию данных, полученных с крупнейших обсерваторий и космических обзоров неба.
«Для открытия Gaia19bxc были задействованы одни из самых передовых технологий и крупнейшие телескопы, которые доступны ученым на сегодняшний день. Первоначальное обнаружение переменности объекта обеспечила космическая обсерватория Gaia. Обзор ZTF (Zwicky Transient Facility) предоставил многолетние данные фотометрического мониторинга, которые позволили выявить состояния высокой и низкой активности, а также определить фотометрический период системы. Быстрая трехцветная фотометрия с разрешением в 10 секунд, полученная с помощью камеры CHIMERA, установленной на 5-м телескопе в обсерватории Паломар, окончательно подтвердила орбитальный период Gaia19bxc. Фазово-разрешенная спектроскопия, выполненная на спектрографе LRIS на 10-м телескопе в обсерватории Кека, позволила обнаружить яркие эмиссионные линии водорода и гелия в спектре источника, измерить лучевые скорости, построить доплеровские томограммы, а также идентифицировать циклотронную компоненту и наложить строгие ограничения на свойства звезды-донора», – рассказал И. Галиуллин.
Ученый объяснил, что короткий орбитальный период, наблюдаемый у Gaia19bxc, может быть обусловлен несколькими факторами: либо звезда-компаньон прошла значительную эволюцию еще до начала процесса аккреции вещества на белый карлик, либо она изначально характеризовалась крайне низкой металличностью, что указывает на ее принадлежность к звездному населению II.
«Анализ оптических спектров Gaia19bxc не выявил признаков горячей и проэволюционировавшей звезды-компаньона. Вместо этого данные указывают на холодный и тусклый объект. Его высокая пространственная скорость говорит о принадлежности к галактическому гало, где преобладают старые звезды с низким содержанием металлов – звезды населения II. В совокупности оптические и кинематические особенности свидетельствуют о том, что Gaia19bxc принадлежит именно к этому типу. Они характеризуются значительно меньшей металличностью по сравнению с солнечной и являются более древними объектами, сформировавшимися на ранних этапах эволюции Вселенной. Таким образом, Gaia19bxc может стать первым наблюдаемым подтверждением существования ранее предсказанного, но до сих пор не обнаруженного класса поляров с низкой металличностью», – подчеркнул Ильхам Галиуллин.
Стоит отметить, что ультра-компактные двойные системы являются ключевыми источниками гравитационных волн, которые регистрируются такими обсерваториями, как LIGO и Virgo.
«Изучая системы, подобные Gaia19bxc, мы получаем более глубокое понимание того, какие объекты могут являться потенциальными целями для будущих наблюдений и мониторинга с помощью гравитационно-волновых миссий. Кроме того, разработанные методы обнаружения и анализа таких тусклых и компактных систем будут иметь критическое значение для обработки огромных объемов данных, поступающих с обсерватории имени Веры Рубин (LSST), которая, как ожидается, обнаружит огромное количество уникальных объектов», – объяснил И. Галиуллин.
В дальнейшем ученые планируют продолжить углубленное изучение Gaia19bxc и поиск подобных систем в нашей Галактике, чтобы получить более полное представление об их популяции и поведении в различных диапазонах электромагнитного спектра.
