Звезды, исчерпавшие запасы топлива для термоядерного синтеза, превращаются в белых карликов – плотные, остывающие остатки, подобные тому, во что в отдаленном будущем превратится наше Солнце. Эти космические объекты обладают необычными свойствами: их внутреннее строение таково, что по мере набора массы они, парадоксально, не увеличиваются, а сжимаются, что делает их одними из самых загадочных звездных тел.
Белые карлики часто встречаются в двойных системах, где две звезды вращаются вокруг общего центра масс. Большинство таких пар на галактических временных масштабах очень стары, их температура давно остыла примерно до 4000 Кельвинов. Однако недавние наблюдения выявили особую группу короткопериодических двойных систем, где орбитальный период составляет менее часа. Эти быстро движущиеся пары не соответствуют существующим предсказаниям, поскольку многие из них кажутся примерно вдвое больше ожидаемого размера и имеют температуру от 10 000 до 30 000 Кельвинов.
Именно эти неожиданные расхождения побудили исследовательскую группу под руководством Люси Оливии МакНейлл из Университета Киото детально изучить влияние приливных сил в таких системах. Известно, что приливные взаимодействия способны значительно деформировать объекты, движущиеся по тесным орбитам, и влиять на их эволюцию с течением времени. Ученых интересовал вопрос, насколько приливное нагревание, ранее успешно объяснявшее температурные аномалии Hot Jupiters, может объяснить температуры белых карликов в короткопериодических двойных системах.
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи разработали теоретическую модель. Ее целью было оценить, насколько сильно белые карлики нагреваются в короткопериодических двойных системах под воздействием приливных сил. Разработанная модель отличается универсальностью, позволяя прогнозировать как температурную историю, так и будущие изменения орбит белых карликов в таких конфигурациях.
Анализ команды показал, что приливные взаимодействия играют ключевую роль в эволюции этих звезд. В частности, гравитационное притяжение со стороны меньшего, но более плотного белого карлика способно значительно увеличивать внутренний нагрев его более крупного, хотя и менее массивного компаньона. Этот дополнительный нагрев приводит к расширению звезды, повышая ее поверхностную температуру как минимум до 10 000 Кельвинов.
Из-за такого расширения исследователи предполагают, что белые карлики могут быть вдвое больше, чем предсказывает стандартная теория, в момент начала обмена веществом – стадии, известной как аккреция. Следовательно, эти короткопериодические пары могут начать взаимодействовать на орбитальных периодах, которые в три раза дольше, чем считалось ранее. Неожиданным для МакНейлл стало не только увеличение температуры, но и значительное сокращение орбитального периода у старейших белых карликов, когда их полости Роша соприкасаются.
Белые карлики на чрезвычайно тесных орбитах неизбежно начнут взаимодействовать и испускать гравитационные волны. Такие системы считаются потенциальными источниками сверхновых типа Ia и катаклизмических переменных – двух драматических и чрезвычайно важных для науки космических событий. В дальнейшем команда планирует применить свою модель к двойным системам, состоящим из углеродно-кислородных белых карликов. Их цель – глубже понять возможные сценарии, ведущие к взрывам сверхновых типа Ia, и, в частности, определить, насколько реалистичные температурные предсказания поддерживают сценарий слияния двух вырожденных звезд.
