Новое исследование показывает, что разрушительное слияние звезды и планеты выбрасывает огромное количество газа, как показано на этом рисунке художника. Автор: К. Миллер/Р. Херт (Калифорнийский технологический институт/IPAC), CC BY-ND
Впервые астрономы получили снимки, на которых видно, как звезда поглощает одну из своих планет. Звезда, получившая название ZTF SLRN-2020, расположена в галактике Млечный Путь, в созвездии Аквила. Когда звезда поглотила свою планету, яркость звезды увеличилась в 100 раз по сравнению с нормальным уровнем, что позволило команде астрономов из 26 человек, с которыми я работал, обнаружить это событие по мере его возникновения.
Я астрофизик-теоретик, и я разработал компьютерные модели, которые наша команда использует для интерпретации данных, которые мы собираем с телескопов. Хотя мы видим воздействие только на звезду, а не непосредственно на планету, наша команда уверена, что событие, свидетелями которого мы стали, было поглощением звездой своей планеты. Впервые став свидетелем такого события, мы подтвердили давнее предположение о том, что звезды поглощают свои планеты, и проиллюстрировали, как происходит этот увлекательный процесс.
Обнаружение вспышки в динамичном ночном небе
Команда, с которой я работаю, занимается поиском вспышек света и газа, которые возникают, когда две звезды сливаются в более крупную одиночную звезду. Для этого мы использовали данные с телескопа Zwicky Transient Facility, расположенного на горе Паломар в Южной Калифорнии. Он делает ночные снимки широких участков неба, и затем астрономы могут сравнить эти изображения, чтобы найти звезды, яркость которых меняется со временем, или то, что называется астрономическими переходными процессами.
Поиск звезд, яркость которых меняется, не является сложной задачей — это выяснение причины, стоящей за любым конкретным изменением в звезде. Как любит говорить мой коллега Кишалай Де, "В небе есть много вещей, которые взрываются". Хитрость в выявлении звездных слияний заключается в объединении видимого света — например, данных, собранных в Паломаре, — с инфракрасными данными космического телескопа НАСА WISE, который в течение последнего десятилетия исследовал все небо.
В 2020 году звезда ZTF SLRN-2020 внезапно стала в 100 раз ярче в видимом свете всего за 10 дней. Затем он медленно начал тускнеть, возвращаясь к своей обычной яркости. Примерно за девять месяцев до этого тот же объект тоже начал излучать много инфракрасного света. Это именно то, как это выглядит, когда две звезды сливаются воедино, с одним существенным отличием — все было уменьшено в масштабе. Яркость и общая энергия этого события были примерно в тысячу раз ниже, чем у любой из сливающихся звездных пар, обнаруженных астрономами на сегодняшний день.
Когда звезда поглощает свои планеты
Звезда ZTF SLRN-2020 увеличилась в яркости как в видимом, так и в инфракрасном диапазонах длин волн света, причем пик пришелся на 24 мая 2020 года. Автор: М. Маклеод, CC BY-ND
Идея о том, что звезды могут поглотить некоторые из своих планет, была давним предположением в астрономии. Астрономам давно известно, что когда в ядрах звезд заканчивается водород, они становятся ярче и начинают увеличиваться в размерах.
Орбиты многих планет меньше, чем возможный размер их родительских звезд. Итак, когда у звезды заканчивается топливо и она начинает расширяться, близлежащие планеты неизбежно поглощаются.
Интерпретация звездной вспышки
Во время вспышки ZTF SLRN-2020 наша команда никогда не видела саму планету, только сияние, возникшее, когда звезда поглотила планету. Именно здесь объединение теоретических моделей с данными наблюдений позволило нам понять, что зафиксировали телескопы.
Слияние двух звезд в одну, более крупную звезду - это драматическое событие, которое выбрасывает материю в окрестности звезд. Большая часть моей карьеры была сосредоточена на моделировании того, как звездный газ движется, врезается сам в себя и выбрасывается в эти моменты интенсивного взаимодействия.
Моя работа показала, что общая масса вещества, выбрасываемого при слиянии, пропорциональна размеру объектов, участвующих в слиянии. Соедините две одинаково большие звезды, и вы увидите огромное возмущение. Слияние одной звезды с гораздо меньшим компаньоном может привести к выбросу крошечной доли от общей массы звезд.
Энергия, выделившаяся во время вспышки ZTF SLRN-2020, была в тысячу раз ниже, чем обычно при слиянии двух звезд. Это означает, что объект, который слился со звездой, весил в тысячу раз меньше, чем обычная звезда. Эта подсказка указала нашей команде на планету—гигант, подобную Юпитеру, в нашей собственной Солнечной системе, которая весит примерно в тысячу раз меньше Солнца.
Планета вокруг ZTF SLRN-2020 скользила по поверхности звезды, прежде чем в конечном итоге упасть внутрь звезды.
Однако по сравнению с Юпитером эта планета, должно быть, обращалась по орбите гораздо ближе к звезде, и один оборот вокруг звезды занимал всего несколько дней. Около 1% звезд имеют такую конфигурацию большой планеты, вращающейся невероятно близко к своей родительской звезде.
Кроме того, я думаю, что такая конфигурация большой планеты, расположенной близко к своей звезде, важна для создания события, которое наблюдала наша команда. Мои прошлые исследования показывают, что планеты меньшего размера — или те, что находятся на более удаленных орбитах, которые поглощаются только после того, как звезда значительно увеличивается в размерах, - могут быть поглощены без заметной вспышки.
Учимся на реальных вещах
Используя наши данные и моделирование для ZTF SLRN-2020, наша команда смогла нарисовать гораздо более четкую картину того, как звезды и планеты сливаются. Во-первых, планета скользит по поверхности звезды в течение многих лет, медленно нагреваясь и вытесняя вещество из атмосферы звезды. Когда этот газ расширяется и охлаждается, часть его образует молекулы и пыль. Это облако пыли придает звезде постепенно более красный цвет и испускает все большее количество инфракрасного излучения.
В случае ZTF SLRN-2020 орбита планеты сначала медленно сокращалась, затем все быстрее и быстрее по мере того, как планета пробивалась сквозь более плотные слои атмосферы звезды. В конце концов, всего за несколько последних дней планета погрузилась под поверхность звезды и была разорвана на части жаром и силой столкновения. Этот быстрый выброс энергии обеспечил тепловую энергию для 10-дневного увеличения яркости ZTF SLRN-2020 в сто раз. После этого кульминационного момента звезда начала меркнуть, сообщая нашей команде, что процесс поглощения планеты завершен и что звезда начинает возвращаться к своей обычной деятельности.
Хотя разрушительное событие прошло, еще многому предстоит научиться. На следующей неделе наша команда приступит к анализу данных космического телескопа Джеймса Уэбба в надежде узнать о химическом составе газа, который сейчас окружает ZTF SLRN-2020.
