Новые горизонты в изучении бинарных звезд: случайная встреча в космосе

Используя радиотелескоп ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), астрономы наблюдали за процессом формирования массивной бинарной звезды. Эти наблюдения показали, что звезды не образовались из одного коллапсирующего облака газа и пыли, как это обычно предполагается для бинарных систем, а встретились позже в своей юности. На Земле мы склонны воспринимать звезды как одиночные объекты, опираясь на наш опыт с Солнцем. Однако около половины звезд, сопоставимых с Солнцем в Млечном Пути, имеют звезду-соседа. Эта доля возрастает до 90% для массивных звезд. В конечном итоге такие массивные звезды становятся сверхновыми и формируют свое космическое окружение. Поэтому понимание бинарных систем критически важно для изучения звезд и галактик в целом. Исследовательская команда впервые наблюдала за растущими массивными звездами, или протозвездами, в бинарной системе IRAS 07299−1651, расположенной на расстоянии около 5300 световых лет, в 2019 году. Изначально исследователи не обнаружили ничего, что указывало бы на то, что звезды образовались из одного дискообразного облака газа и пыли, которое впоследствии фрагментировалось. Однако одно обстоятельство привлекло их внимание: диски материала, окружающие и питающие эти протозвезды, оказались странно несоответствующими. На протяжении восьми лет команда отслеживала незначительные изменения в положении звезд с помощью ALMA, а также Very Large Array (VLA), а также инфракрасных изображений от телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и Very Large Telescope (VLT). "Впервые мы смогли наблюдать, как две массивные звезды движутся друг вокруг друга, пока они все еще рождаются," — отметил руководитель группы Ичен Чжан из Шанхайского университета Цзяо Тун. Команда смогла восстановить полную трехмерную структуру IRAS 07299−1651, получив данные о том, как звезды вращаются друг вокруг друга, как выровнены их диски и под каким углом они выбрасывают струи в космос. "Каждый телескоп предоставил свою часть головоломки," — добавил участник команды Рубен Федриани из Института астрофизики Андалусии в Гранаде, Испания. "Комбинация радионаблюдений и инфракрасных наблюдений дает наилучшие детали о формировании этой массивной протобинарной системы." Неожиданный хаос Наблюдения команды стали для них неожиданностью. Они ожидали, что звезды будут вращаться друг вокруг друга по аккуратным, почти круговым орбитам. Вместо этого орбиты оказались сильно сплюснутыми или "эксцентричными", почти параболическими. Если бы звезды образовались из одного диска материала, то даже после его фрагментации индивидуальные диски, окружающие звезды, должны были бы быть выровнены. Однако этого не произошло; диски наклонены под резким углом друг к другу и к орбитам звезд. "Это было похоже на решение трехмерной головоломки," — сказал участник команды Яо Ван из Шанхайского университета Цзяо Тун. "Каждое новое наблюдение добавляло еще одну деталь, и в конечном итоге орбиты, диски и струи объединились в единую, согласованную картину." Структура IRAS 07299−1651, как ее наблюдала команда, трудно объяснима, если предположить, что две звезды возникли из одного диска материала. Вместо этого исследователи предполагают, что две звезды родились в отдельных облаках газа и пыли, прежде чем случайная встреча свела их вместе. Отслеживая орбиты звезд, исследователи выяснили, что эта встреча, вероятно, произошла около 60 лет назад. Учитывая, что звезды живут миллиарды лет, это мгновение на космической шкале времени. Дискообразные карманы материала вокруг звезд до сих пор сохранили свои четкие структуры. "Это исследование демонстрирует, что ранние жизни звезд могут быть довольно хаотичными, и случайная встреча может привести к этой гравитационной игре и звездному объединению," — отметил участник команды Джонатан Тан из Университета технологии и Университета Вирджинии. Что команда пока не может установить, так это то, предназначены ли эти звезды оставаться вместе или в конечном итоге они разойдутся. Действительно, эта судьба может еще не быть предопределенной; взаимодействия с окружающим газом могут определить, какую форму примет эта система в будущем. Команда надеется, что дальнейшие наблюдения IRAS 07299−1651 помогут лучше понять, что ждет эти звезды в будущем. В то же время долгосрочный мониторинг, применяемый исследователями, может предоставить ученым мощный новый способ изучения других молодых массивных бинарных систем. Это может раскрыть, насколько распространены такие встречи и составляют ли больше бинарных систем звезды, собранные вместе случайными встречами. Исследование команды было опубликовано 8 сентября в журнале Nature Astronomy.