Астрономы обнаружили редкую двойную «черную вдову» с самой короткой орбитой

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

Астрономам известно около двух десятков двойных черных вдов в Млечном Пути. Новый кандидат ZTF J1406+1222 оказался с самым коротким орбитальным периодом 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 могла возникнуть из плотного созвездия старых звезд - шарового скопления. Это 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», — говорит Кевин Бердж, научный сотрудник Паппалардо на физическом факультете Массачусетского технологического института. «Эта система парит в Млечном Пути дольше, чем существует Солнце».

Бердж является автором исследования, опубликованного в журнале Nature, в котором подробно описывается открытие команды. Исследователи использовали новый подход для обнаружения тройной системы. Большинство двойных черных вдов обнаруживаются по гамма- и рентгеновскому излучению, испускаемому центральным пульсаром, но 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 обнаружили 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 таких систем в небе».

Двойные системы «черная вдова» питаются от пульсаров — быстро вращающихся нейтронных звезд, которые представляют собой схлопнувшиеся ядра массивных звезд. У пульсаров головокружительный период вращения - каждые несколько миллисекунд, 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 мимо звезда может дать пульсару новую жизнь. Когда звезда приближается, гравитация пульсара отрывает материал от звезды, что дает новую энергию для вращения. Затем «обновленный» пульсар начинает переизлучать энергию, которая еще больше иссушает звезду и в конечном итоге разрушает ее.

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 оптической вспышке звезды-компаньона.

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

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

Чтобы проверить эту теорию, Бердж с коллегами просмотрели оптические данные, полученные обсерваторией Zwicky Transient Facility в Калифорнии, которая делает широкоугольные изображения ночного неба. Команда изучила яркость звезд, чтобы понять резко ли они менялись на временной шкале около часа или меньше — признаки, указывающие на присутствие звезды-компаньона, вращающейся вокруг пульсара.

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

Они искали звезду в наблюдениях, сделанных космическим телескопом Европейского космического агентства Gaia, 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 кандидатом в двойные черные вдовы, что команда надеется подтвердить будущими наблюдениями.

«Мы знаем наверняка, что видим звезду, дневная сторона которой намного горячее ночной, и которая обращается вокруг чего-то каждые 62 минуты», — говорит Бердж. «Все указывает на то, что это двойная черная вдова. Но также в ней 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.