Считается, что одна из самых странных звезд Вселенной образуется, когда нейтронная звезда попадает в красный сверхгигант. Но, несмотря на 45 лет поиска, астрономы до сих пор не нашли этот объект.
Почти полвека назад физик Кип Торн (ныне нобелевский лауреат) и астроном Анна Житков предположили, что странная звезда типа русской матрешки может прятаться в космосе, просто ожидая, что ее найдут те, кто умеет искать. Астрономы назвали эти теоретические звездные гибриды объектами Торна-Житков.
Возможное существование объектов Торна-Житков стало известно, когда их однофамильцы-исследователи провели компьютерное моделирование. Когда они это сделали, они обнаружили, что нейтронная звезда - крошечный сверхплотный звездный остаток, оставшийся позади, когда звезда становится сверхновой, - может быть поглощен красной сверхгигантской звездой.
Согласно моделированию, если два объекта подойдут слишком близко друг к другу, вместо выброса одной звезды, две звезды могут объединиться. Нейтронная звезда размером с город, имеющая солнечную массу, будет жить внутри своего гораздо большего хозяина, почти как космический паразит.
Но даже если физика действительно допускает существование таких звезд, найти их будет сложно.
В исследовании, опубликованном в 1975 году в «Астрофизическом журнале», Торн и Житков предположили, что эти звезды будут выглядеть почти идентично красным супергигантам, таким как Бетельгейзе в созвездии Ориона. Сверхгигантские звезды относительно распространены и являются одними из самых молодых и крупных звезд во Вселенной. Объекты Торна-Житков (TZO) будут очень похожи на красных супергигантов, но предположительно с большой продолжительностью жизни (примерно в 10 раз дольше).
Обычные красные супергиганты, как и другие звезды, питаются от ядерного синтеза в своих ядрах. Поэтому, когда эта энергия иссякает, их гравитация заставляет их взрываться, прежде чем извергаться как сверхновая. Но TZO могут прожить такие длинные жизни, потому что они не полагаются на устойчивый ядерный синтез в своих ядрах, чтобы избежать коллапса. Вместо этого ядро нейтронной звезды TZO, которое уже чрезвычайно сжато, в значительной степени предотвращает быстрый и неоспоримый гравитационный коллапс окружающих слоев сверхгигантов.
У астрономов есть две разные теории о том, как образуются TZO - и они обе зависят от начальных объектов, начинающих свою жизнь как две гигантские звезды в тесной двойной системе. В одной теории, большая из двух звезд взорвалась бы сначала как сверхновая, оставив позади нейтронную звезду. Но со временем оставшийся сверхгигант будет продолжать вращаться, увеличиваясь, пока не поглотит остатки нейтронной звезды.
Другая возможность формирования TZO состоит в том, что, когда одна звезда взрывается как асимметричная сверхновая, ее остаточное ядро может получить мощный «удар». Это может потенциально выпустить нейтронную звезду в «живот» оставшегося красного гиганта.
Объект Торн-Житков обнаружен
Но независимо от того, как они формируются, астрономы в 2014 году объявили, что они, возможно, обнаружили первый объект Торна-Житков. Звезда скрывалась на расстоянии около 200 000 световых лет в Малом Магеллановом Облаке, карликовой галактике, которая вращается вокруг Млечного Пути.
Объект был найден астрономом Эмили Левеск из Вашингтонского университета с помощью команды исследователей. Чтобы найти предполагаемого TZO, группа Левески использовала обсерваторию Apache Point в Нью-Мексико для изучения двух дюжин красных супергигантов в Млечном Пути, а также один из телескопов Магеллана в Чили для изучения другой группы супергигантов в Малом Магеллановом Облаке.
При просмотре данных особенно выделялась одна звезда. Система, получившая название HV 2112, была впервые каталогизирована как переменная в 1908 году пионером-астрономом Генриеттой Свон Ливитт. В то время, однако, астрономы думали, что это был супергигант, доживший до смерти сверхновой.
Однако спустя более 100 лет после того, как Ливитт впервые заметила странный объект, Левеск и анализ ее команды выявили необычные химические сигнатуры, которые, по их мнению, могли быть контрольными признаками мифического объекта Торна-Житков. Исследователи увидели избыточное количество лития, кальция и других элементов, что они могли объяснить только с помощью уникальных ядерных реакций, которые могут происходить внутри TZO.
Но они не могли быть полностью уверены; У HV 2112 также, казалось, были другие странные химические сигнатуры, которые они не ожидали увидеть. Основываясь на этих оставшихся загадках, команда предполагает, что либо теоретические модели не в полной мере оценили нюансы объектов Торна-Житкова, либо HV 2112 просто не был TZO.
HV 2112: спорная звезда
Странная природа находки зажгла заголовки журналов в то время. Но для астрономов это было также важным открытием, потому что оно предоставило свидетельство для звезд, приводимых в действие процессами вне ядерного синтеза.
Но четыре года спустя, в 2018 году, другая группа астрономов повторно изучила HV 2112. Они провели свой собственный анализ HV 2112 и сравнили его с аналогичными звездами, но не нашли тех же уровней избыточного кальция или других элементов, обнаруженных командой Левеск. Новый анализ показал избыток лития, но, кроме этого, результаты показали, что эта звезда была в основном обычным красным супергигантом.
Хотя команда могла разрушить мечты HV 2112 об отличии от других, они вселили надежду в кандидатуру на замену. Они нашли еще один возможный объект Торна-Житков, каталогизированный как HV 11417, в котором были обнаружены некоторые контрольные признаки, которые, по прогнозам астрономов, должны быть у этих объектов.
Одна вещь, с которой согласны две команды, заключается в том, что когда дело доходит до объектов Торна-Житков, теориям и наблюдениям еще предстоит пройти долгий путь.