Астрономы из Института астрономии Гавайского университета (IfA) смогли восстановить сложную историю далекого красного гиганта, изучая незначительные колебания его светимости. Эти колебания указывают на то, что звезда, возможно, столкнулась и слилась с другой звездой много лет назад. Это бурное событие, вероятно, привело к тому, что красный гигант стал вращаться значительно быстрее обычного. Сегодня эта необычная звезда обращается вокруг малоактивной черной дыры в системе Gaia BH2.
Используя данные, полученные с помощью спутника TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) НАСА, команда исследователей обнаружила слабые вибрации — так называемые «звездотрясения», проходящие сквозь красный гигант, который является компаньоном черной дыры. Сама система Gaia BH2 была впервые идентифицирована в 2023 году в рамках миссии Gaia Европейского космического агентства. Подобно тому как землетрясения помогают ученым изучать внутреннее строение Земли, эти звездные колебания позволили астрономам заглянуть глубоко внутрь звезды и точно измерить свойства ее ядра. Результаты этой работы были недавно опубликованы в издании Astronomical Journal.
«Подобно тому как сейсмологи используют землетрясения для изучения недр Земли, мы можем применять звездные осцилляции, чтобы понять, что происходит внутри далеких звезд», — пояснил ведущий автор исследования, научный сотрудник IfA Даниэль Хей. «Эти вибрации открыли нам нечто неожиданное об истории этой звезды».
Одним из самых удивительных открытий стал химический состав звезды. Красный гигант относится к «альфа-богатым» звездам, что означает наличие в нем большого количества тяжелых элементов, обычно характерных для очень старых светил. Если судить только по его химическим характеристикам, звезда должна быть древней.
Однако анализ его внутренних вибраций показал иную картину. Возраст звезды составляет около 5 миллиардов лет, что значительно моложе, чем предполагал ее химический состав. Это несоответствие представляет собой серьезную головоломку для астрономов, пытающихся понять процесс формирования звезды.
«Молодые, альфа-богатые звезды довольно редки и загадочны», — отметил Хей. «Сочетание молодости и такой древней химии предполагает, что эта звезда не развивалась в изоляции. Вероятно, она получила дополнительную массу от компаньона — либо в результате слияния, либо поглотив вещество при формировании черной дыры».
Дополнительные подсказки были получены в ходе долгосрочных наблюдений с использованием наземных телескопов. Эти данные показывают, что звезда совершает полный оборот вокруг своей оси каждые 398 дней, что необычайно быстро для красного гиганта такого возраста, который развивался бы в одиночестве.
«Если это вращение реально, его нельзя объяснить только первоначальной скоростью вращения звезды при рождении», — заявил соавтор исследования Джоэл Онг, сотрудник НАСА по программе Hubble в IfA. «Звезда должна была раскрутиться в результате приливных взаимодействий со своим компаньоном, что лишь подтверждает идею о сложной истории этой системы».
Исследователи также изучили Gaia BH3 — другую систему с черной дырой, имеющую еще более необычную звезду-компаньона. Существующие модели предполагали, что эта звезда должна демонстрировать сильные осцилляции, однако никаких колебаний не было зафиксировано. Этот неожиданный результат свидетельствует о том, что нынешние теории о звездах с крайне низким содержанием металлов, возможно, нуждаются в пересмотре.
Как Gaia BH2, так и Gaia BH3 относятся к классу «спящих» систем с черными дырами. Эти черные дыры активно не поглощают вещество своих звезд-компаньонов и, следовательно, не испускают рентгеновское излучение. Вместо этого астрономы обнаружили их, тщательно отслеживая движение близлежащих звезд. Эти открытия меняют подходы ученых к поиску и изучению черных дыр в пределах Млечного Пути.
Будущие наблюдения с помощью TESS позволят астрономам изучить звездные вибрации Gaia BH2 еще более детально. Получив новые данные, команда надеется подтвердить, действительно ли красный гигант образовался в результате прошлого звездного слияния, и лучше понять, как со временем развиваются эти пары со «спящими» черными дырами.
