Зірка крутиться в середині іншої в унікальній системі.

Астрономи вперше виявили нейтронну зірку, яка обертається з великою швидкістю і перебуває у гравітаційній взаємодії з гелієвою зіркою-супутником. Це відкриття унікальної подвійної системи слугує підтвердженням давно висунутої теорії, але рідко спостережуваного космічного явища, відомого як еволюція спільної оболонки.

Бінарні зоряні системи, або зіркові пари, які обертаються одна навколо іншої, являють собою досить поширене явище. Згідно з оцінками, близько 85% зірок у Всесвіті мають хоча б одного супутника. Проте нещодавно виявлена пара має унікальні характеристики, які відрізняють її від усіх інших відомих систем.

У даному випадку гелієва зірка асоційована з мілісекундним пульсаром — нейтронною зіркою, яка обертається з величезною швидкістю і випромінює пучки радіації з певними інтервалами. Ці зірки здатні досягати таких вражаючих швидкостей обертання, завдяки поглинанню матеріалу з сусідніх зоряних партнерів.

У травні 2020 року команда дослідників під керівництвом Цзінь Лін Хана, радіоастронома з Національної астрономічної обсерваторії та Китайської академії наук у Пекіні, використала китайський радіотелескоп FAST для виявлення слабких сигналів з точки в глибині галактики Чумацький Шлях.

Після кількох місяців досліджень вчені підтвердили, що отримані сигнали є випромінюванням пульсара. Вони продовжували спостереження за цими сплесками протягом чотирьох з половиною років, і їхні дані вказали на те, що цей об'єкт не є ізольованим. Насправді, він складає частину подвійної системи, яка обертається навколо свого партнера кожні 3,6 години. Проте, на одній шостій частині цього циклу випромінювання пульсара зазнає перешкод - або затінюється - його супутником.

"Це велика частина орбіти, - сказав Хан в інтерв'ю Gizmodo. "Це дивно, таке може зробити тільки більший супутник".

У подвійних системах мілісекундні пульсари зазвичай мають супутником білий карлик, який є гарячим і щільним залишком зорі, подібної до нашого Сонця, після її вичерпання пального. Проте дані, зібрані Ханом і його командою, свідчать про те, що цей супутник, ймовірно, розташований десь між компактними об'єктами і звичайними зірками, зазначив він.

Подальше дослідження цього дивного супутника показало, що він приблизно такий же масивний, як наше Сонце, але не може бути звичайною зіркою, оскільки його неможливо виявити у всіх довжинах хвиль за межами радіодіапазону. Це привело дослідників до висновку, що це зірка, позбавлена водню, в якій залишилося ядро, що складається переважно з гелію. Свої висновки вони опублікували сьогодні в журналі Science.

На думку Хана, цей вид бінарних систем "ніколи раніше не спостерігався". Проте існує давня теорія, що вказує на можливість формування такої пари внаслідок еволюції спільної оболонки. Він і його команда вважають, що саме цей процес відбувся в розглянутому випадку.

"Процес еволюції спільної оболонки має свої особливості, що відрізняються від поширених уявлень про те, як зірки, включаючи пульсари, взаємодіють у системах з двома зорями," - зазначив Дункан Лорімер, професор фізики та астрономії в Університеті Західної Вірджинії, який не був залучений до дослідження, у електронному листі для Gizmodo.

Як правило, потужне гравітаційне поле нейтронної зірки викликає притягування матеріалу з розширеної зорі-супутника, що дозволяє газовим шарам цієї зірки бути "поглиненими" нейтронною зіркою, пояснив він. Цей механізм, відомий як акреція, спричиняє прискорення обертання нейтронної зірки, в результаті чого вона перетворюється на пульсар.

Проте в ході еволюції загальної оболонки "зоря-компаньйон має настільки значні розміри, що її зовнішні шари здатні поглинати й нейтронну зірку", - зазначає Лорімер. "Цей процес виконує функцію гальма для всієї подвійної системи".

У зовнішніх шарах зорі-компаньйона - оболонці - тертя змушує пульсар і ядро компаньйона обертатися по спіралі один до одного, утворюючи дуже компактну подвійну систему, подібну до тієї, яку зараз спостерігали Хан і його колеги. Маючи орбітальний період всього 3,6 години, цей пульсар і його супутник обертаються дуже близько один до одного.

Врешті-решт, зовнішні шари зорі-супутника відштовхуються, зазначає Лорімер, що ілюструє, чому гелієва зоря-супутник цього мілісекундного пульсара втратила свою оболонку.

"Еволюційний шлях, описаний авторами, не викликає подиву," - відзначила Вікторія Каспі, професор фізики в Університеті Макгілла, яка не була залучена до дослідження, у коментарі для Gizmodo. "Цей шлях вже давно визнаний, ідентифікований та детально розглядається протягом багатьох років."

"Цікаве питання: якщо ви знайдете 1000 мілісекундних пульсарів, яка частина з них буде схожа на цей? Приблизно один на 1,000, десь так. І вони знайшли її", - сказала вона.

Хан і його колеги вважають, що в нашій галактиці існує більше десятка інших систем, подібних до цієї, що робить їх надзвичайно рідкісними. Той факт, що ці дослідники знайшли одну з них, є "великим проривом", - сказав Лорімер.

"З кожним новим відкриттям мілісекундних пульсарів зростає ймовірність виявлення унікальних результатів еволюційного процесу. Ця система є яскравим ілюстративним прикладом цього," - зауважив він.