Когда астрономы направили аппарат NASA TESS на звезду в удалённой системе Gaia BH2, они ожидали увидеть колебания обычного красного гиганта. Но вместо спокойной пульсации прибор зафиксировал своеобразную "песню" — вибрации, которые обычно сопровождают звёздные землетрясения. Эти колебания позволили реконструировать необычную судьбу звезды. Об этом говорится в научных отчётах исследовательской группы, анализировавших данные TESS.
Как космический аппарат услышал "песню" красного гиганта
TESS, созданный для поиска экзопланет методом транзитов, обладает не менее важной побочной функцией — способностью регистрировать слабейшие изменения яркости звёзд. Эти пульсации дают информацию о внутренних слоях звёзд, аналогично тому, как сейсмические волны помогают изучать Землю. Когда TESS наблюдал за системой Gaia BH2, он обнаружил неравномерные колебания поверхности красного гиганта, что указывало на сложные процессы внутри.
Gaia BH2 — двойная система, расположенная примерно в 3800 световых годах от Земли, в созвездии Центавра. Один из её компонентов — быстро вращающийся красный гигант, другой — чёрная дыра звёздной массы. Такой союз встречается крайне редко. Система была идентифицирована в 2023 году европейской миссией Gaia, занимающейся точным картографированием звёзд Галактики.
Астрофизики решили провести акустическое исследование объекта с помощью TESS. Звёздные землетрясения, выявленные спутником, оказались настолько необычными, что уже первое моделирование показало: эта звезда не может быть обычным представителем своего класса.
"Подобно тому, как сейсмологи используют землетрясения для изучения недр Земли, мы можем использовать звёздные колебания, чтобы понять, что происходит внутри далёких звёзд. Эти колебания рассказали нам кое-что неожиданное об истории этой звезды", — сказал руководитель группы Дэниел Хей, учёный из Института астрономии Гавайского университета (IfA).
Молодая звезда с "древней" химией
Когда команда изучила химический состав красного гиганта, обнаружилось богатство "альфа-элементов" — тяжёлых атомов, формирование которых характерно для звёзд ранних поколений. С точки зрения химии звезда выглядела древней. Однако сейсмические колебания показали противоположное: её возраст составляет около пяти миллиардов лет, и она моложе, чем казалось по спектру.
Такое противоречие нельзя объяснить обычной эволюцией. Поэтому учёные выдвинули гипотезу, что звезда когда-то столкнулась с соседней и поглотила её внешние слои, увеличив массу и изменив химический профиль.
"Молодые звёзды с высоким содержанием альфа-элементов встречаются довольно редко и вызывают недоумение. Сочетание молодости и древней химии говорит о том, что эта звезда не развивалась изолированно. Скорее всего, она приобрела дополнительную массу от звезды-компаньона в результате слияния или поглощения вещества при формировании чёрной дыры", — продолжил Дэниел Хей.
Это открытие стало одним из ключей к пониманию динамики двойных систем, где один из объектов проходит через коллапс и становится чёрной дырой.
Нестандартное вращение как след прошлых катастроф
Вторая загадка — скорость вращения красного гиганта. Наблюдения показали, что он делает полный оборот примерно за 398 земных дней. Это значительно быстрее, чем принято для звёзд аналогичного возраста. Изолированные гиганты вращаются медленно, так как теряют угловой момент в течение эволюции.
Здесь же фиксируется ускорение вращения, что указывает на внешнее влияние — слияние или приливные взаимодействия с массивной звездой-компаньоном.
"Если это вращение реально, то его нельзя объяснить только вращением звезды при рождении. Звезда, должно быть, вращается из-за приливного взаимодействия со своим спутником, что ещё раз подтверждает идею о том, что у этой системы сложная история", — говорится в заявлении члена исследовательской группы Джоэла Онга, научного сотрудника НАСА в Институте астрофизики.
Сравнение: обычные красные гиганты и звезда Gaia BH2
Обычные красные гиганты:
- вращаются медленно;
- имеют химический состав, соответствующий возрасту;
- эволюционируют в относительной изоляции;
- испытывают обычные звёздные пульсации.
Красный гигант Gaia BH2:
- вращается необычайно быстро;
- "молод" по структуре, но "стар" по химии;
- демонстрирует признаки слияния в прошлом;
- находится в паре с чёрной дырой, что усиливает приливные эффекты.
Такое сравнение подчёркивает: Gaia BH2 — редкий пример звезды, чья внутренняя история содержит следы экстремальных процессов.
Плюсы и минусы изучения звёздных землетрясений
Преимущества:
- возможность исследовать внутреннее строение звёзд;
- оценка возраста с высокой точностью;
- выявление следов слияний и приливных взаимодействий;
- улучшение моделей эволюции двойных систем.
Недостатки:
- ограниченность данных для далёких объектов;
- чувствительность к шумам наблюдений;
- сложность интерпретации быстрых вращений;
- необходимость длительных наблюдений.
Как TESS помогает раскрывать историю звёзд
Регистрирует изменения яркости, связанные с колебаниями поверхностных слоёв.
Отслеживает длительные сигналы, характерные для звёздных землетрясений.
Позволяет сравнивать наблюдения с моделями внутренней структуры.
Помогает выявлять объекты, прошедшие через слияния или обмен массой.
Поддерживает другие обсерватории, предоставляя долгие серии наблюдений.
Применяется не только для поиска планет, но и для астеросейсмологии.
Популярные вопросы о системе Gaia BH2
Почему красный гигант "поёт"?
Эти вибрации — звёздные землетрясения, позволяющие изучать структуру звезды.Как учёные узнали о возможном слиянии звёзд?
Комбинация химического состава и сейсмических данных указывает на поглощение массы.При чём здесь чёрная дыра?
Она вызывает приливные взаимодействия, влияя на вращение и структуру звезды-компаньона.