Большинство звёзд во Вселенной образуют пары, исключение составляет наше Солнце. Многие звёзды обращаются вокруг подобных им, а экзотические пары между звездами и космическими объектами распределены по Вселенной. Чёрные дыры часто вращаются друг около друга, но пара из звезды, похожей на Солнце, и нейтронной звезды — редкость.
Под руководством Карима Эль-Бадри астрономы из Калифорнийского технологического института нашли 21 нейтронную звезду, вращающуюся около звезд, схожих с нашим Солнцем.
Нейтронные звёзды — плотные остатки массивных звёзд. Непосредственно их не увидеть можно, но вращаясь около звезды, подобной Солнцу, нейтронная звезда притягивает компаньона, заставляя звезду колебаться. Астрономы с помощью данных миссии Gaia Европейского космического агентства (ESA) обнаружили эти колебания и нашли новую популяцию нейтронных звезд.
Gaia постоянно отслеживает небо, измеряя колебания более миллиарда звёзд, из-за чего есть хорошие шансы обнаружить даже очень редкие объекты, — рассказывает Эль-Бадри, доцент кафедры астрономии Калифорнийского технологического института и приглашённый научный сотрудник в Институте астрономии Общества Макса Планка в Германии.
Для продолжения наблюдений Gaia и получения дополнительной информации о массах и орбитах открытых нейтронных звёзд использовали несколько наземных телескопов, например WM Keck на Мауна Кеа (Гавайи), La Silla в Чили и Whipple в Аризоне.
Было найдено несколько нейтронных звезд на орбите вокруг звезд, похожих на наше Солнце, но все эти системы были более компактными. В новом исследовании нейтронные звёзды находятся значительно дальше от своих компаньонов — примерно в один-три раза дальше расстояния между Землёй и Солнцем. Это означает, что новооткрытые звезды находятся слишком далеко от партнеров, чтобы «красть» у них вещество, и поэтому они «неподвижны и темны».
«Это первые нейтронные звезды, открытые лишь за счет влияния гравитации», — отмечает Эль-Бадри.
Открытие оказалось неожиданным, так как непонятно, как взорвавшаяся звезда оказалась рядом со звездой, похожей на наше Солнце. Это доказывает, что по крайней мере некоторые двойные звёзды не разрушаются из-за этих катастрофических процессов, хотя модели пока не могут полностью объяснить, как это возможно.
Благодаря обширным орбитам и длительным периодам движения необычных компаньонов удалось обнаружить благодаря Gaia. «Если объекты располагаются слишком близко, то колебание будет недостаточно большим для регистрации. Gaia более чувствительна к широким орбитам», — отмечает Эль-Бадри. Gaia также обладает наибольшей чувствительностью к двойным звёздам, находящимся на относительно малом расстоянии друг от друга. Большинство обнаруженных систем находятся в пределах 3000 световых лет от Земли.
Наблюдения демонстрируют редкость таких пар. «По оценкам, одна звезда типа Солнца из миллиона вращается вокруг нейтронной звезды по широкой орбите», — говорит Эль-Бадри. В его научных исследованиях также присутствует интерес к поиску «спящих» чёрных дыр на орбите звёзд, подобных Солнцу. С помощью данных Gaia он обнаружил две такие чёрные дыры в нашей галактике. Одна из них, Gaia BH1, — ближайшая известная чёрная дыра к Земле, находящаяся в 1600 световых лет от нас.
Неизвестно, каким образом образовываются двойные чёрные дыры. В моделях эволюции двойных звёзд есть пробелы. Нахождение большего количества тёмных компаньонов и сравнение статистики их популяции с прогнозами различных моделей поможет понять процесс их формирования.
Открытие расширяет понимание парных звездных систем и имеет важные последствия для изучения гравитационных волн и других астрофизических явлений. Астрономы надеются, что дальнейшие исследования прольют свет на формирование и эволюцию этих редких и загадочных звёздных пар.