Астрономы обнаружили в созвездии Рыб невидимый объект, масса которого примерно в 2,2 раза превышает массу Солнца. Загадочный спутник красного гиганта в двойной системе J0008+0128 может оказаться одной из самых тяжёлых известных нейтронных звёзд. Однако его необычная орбита ставит учёных в тупик: существующие модели звёздной эволюции пока не могут объяснить, как появилось настолько массивное небесное тело.
Система J0008+0128 находится в Млечном Пути, в нескольких тысячах световых лет от Земли. Астрономы хорошо видят красного гиганта, но второй участник системы не излучает заметного света. Его удалось обнаружить благодаря гравитации: невидимый спутник притягивает гигантскую звезду и заставляет её периодически смещаться. Изучив движение красного гиганта, исследователи рассчитали массу скрытого объекта.
Для анализа учёные объединили наблюдения наземных телескопов LAMOST и APOGEE с измерениями космической обсерватории Gaia. Телескопы помогли определить, как меняется скорость красного гиганта, а Gaia позволила проследить его движение по небу. Расчёты дали наиболее вероятную массу невидимого спутника в 2,20 ± 0,14 массы Солнца. Если учесть все варианты оценки, диапазон расширяется от 1,8 до 2,8 солнечной массы.
Астрономы предполагают, что обнаружили необычайно тяжёлую нейтронную звезду. Подобные объекты рождаются после гибели массивных светил, когда звезда взрывается как сверхновая, а её ядро сжимается до невероятной плотности. В результате вещество массой больше Солнца помещается в шар диаметром всего несколько десятков километров. Большинство известных нейтронных звёзд имеют массу около 1,4 солнечной, поэтому J0008+0128 заметно выделяется даже среди самых плотных объектов Вселенной.
Главная загадка заключается в том, как невидимый спутник набрал настолько большую массу. Нейтронные звёзды способны постепенно расти, перетягивая вещество соседней звезды. Однако в J0008+0128 расстояние между участниками системы слишком велико для привычного сценария. Полный оборот вокруг общего центра масс занимает примерно 1218 дней, то есть больше трёх лет.
Дополнительные вопросы вызывает форма орбиты. Красный гигант и его невидимый спутник движутся почти по окружности, хотя рождение нейтронной звезды обычно сопровождает мощный взрыв сверхновой. Взрыв способен резко изменить движение оставшегося ядра, вытолкнуть его на вытянутую орбиту или вообще разрушить двойную систему. Исследователи проверили тысячи вариантов развития звёзд, но не смогли воспроизвести одновременно массу скрытого объекта и наблюдаемую орбиту.
Одно из возможных объяснений предполагает, что J0008+0128 когда-то состояла из трёх звёзд. Два близко расположенных объекта могли постепенно сблизиться и слиться, оставив после себя массивную нейтронную звезду. Астроном Скотт Рэнсом, не участвовавший в исследовании, допускает столкновение двух белых карликов, плотных остатков звёзд, похожих на Солнце. При определённых условиях после слияния могло образоваться новое небесное тело с необычно большой массой.
Рэнсом рассматривает и другую возможность: за одним тяжёлым спутником могут скрываться две компактные звезды, обращающиеся друг вокруг друга. Например, пара нейтронных звёзд или нейтронная звезда вместе с белым карликом. Существующих наблюдений пока недостаточно, чтобы полностью исключить сложную систему.
Не исключено, что астрономы вообще обнаружили небольшую чёрную дыру. Рэнсом считает такой вариант заслуживающим внимания из-за почти круговой орбиты. При рождении нейтронной звезды мощный взрыв нередко сообщает её ядру дополнительную скорость, тогда как образование чёрной дыры при определённых условиях может проходить спокойнее. Однако форма орбиты сама по себе не позволяет установить природу невидимого объекта.
Масса J0008+0128 добавляет загадке ещё одну интересную деталь. Между обычными нейтронными звёздами и чёрными дырами существует так называемый провал масс, область примерно от 2,5 до пяти солнечных масс, где астрономы находят сравнительно мало компактных объектов. Верхняя граница оценки для нового спутника достигает 2,8 массы Солнца, поэтому он потенциально попадает в малоизученный промежуток.
Если исследователи подтвердят, что J0008+0128 действительно содержит нейтронную звезду массой около 2,2 солнечной, открытие поможет лучше понять поведение вещества при чудовищном давлении. Учёные до сих пор не знают точного предела, после которого нейтронная звезда перестаёт сопротивляться собственной гравитации и превращается в чёрную дыру. Чем тяжелее подтверждённая нейтронная звезда, тем строже ограничения для физических моделей её внутреннего устройства.
Окончательно определить природу невидимого спутника пока не удалось. Радиотелескопы не обнаружили характерных импульсов, которые могли бы подтвердить присутствие вращающейся нейтронной звезды. Дополнительные наблюдения в рентгеновском диапазоне и новые измерения Gaia могут помочь уточнить массу и проверить возможные объяснения. Даже если загадку удастся разгадать, астрономам ещё предстоит выяснить, каким образом настолько тяжёлый объект оказался на необычно широкой и почти круговой орбите.
