Астрономы впервые обнаружили коричневого карлика у звезды толстого диска Млечного Пути. Найденный объект оказался массивным и плотным, причем его радиус больше, чем предсказывали стандартные эволюционные модели. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.
Коричневые карлики обладают массами в десятки масс Юпитера и занимают промежуточное положение между планетами-гигантами и карликовыми звездами. Так как в их недрах не могут протекать реакции слияния ядер водорода (лишь дейтерия и лития), то по мере старения эти объекты постепенно сжимаются и остывают. На эти процессы должен существенно влиять химический состав вещества, из которого формируются как сам коричневый карлик, так и его родительская звезда.
Для проверки теорий, которые предсказывают свойства коричневых карликов в зависимости от их металличности, возраста и массы, хорошо подходят объекты такого рода, обнаруженные транзитным методом, однако их известно лишь немногим более 50 штук. Еще одной проблемой при проверке моделей стала сложность определения точного возраста родительских звезд карликов, которая увеличивается в случае достаточно старых и изолированных звезд. Интересным выходом из данной ситуации выглядят светила из толстого диска нашей галактики, у которых ранее не обнаруживались коричневые карлики. Для таких старых звезд легче определить возраст по их кинематике и металличности, кроме того, в случае подобных светил немного проще разобраться в роли химического состава в эволюционном пути коричневого карлика.
Группа астрономов во главе с Джеа Адамс Редаи (Jéa Adams Redai) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики сообщила о первом случае регистрации коричневого карлика у звезды из толстого диска Млечного Пути. Исследователи вначале проанализировали данные по наблюдавшимся космическим телескопом TESS транзитам субзвездных объектов, кинематике и металличности звезд Млечного Пути, полученные космическим телескопом Gaia. Затем они провели для системы TOI-7019, выделяющейся своими необычными свойствами, дополнительные наблюдения при помощи спектрографа TRES, установленного на 1,5-метровом телескопе наземной обсерватории имени Уиппла, в период с 15 апреля по 23 июля 2025 года.
TOI-7019 представляет собой бедную металлами ([Fe/H] =−0,79), но несколько обогащенную элементами альфа-процесса ([α/Fe] =0,26) звезду с возрастом около 12 миллиардов лет, которая как по химическим, так и по кинематическим свойствам принадлежит толстому диску. Она обладает массой 0,78 массы Солнца, радиусом 0,92 радиуса Солнца и находится на удалении в 1,41 тысячи световых лет от нас. Вокруг звезды с периодом 48,25 дня обращается коричневый карлик TOI-7019b, который находится на орбите с длиной большой полуоси 0,253 астрономической единицы, эксцентрисистетом 0,4 и наклонением 89,7 градуса.
Масса и радиус TOI-7019b составили 61,3 массы Юпитера и 0,82 радиуса Юпитера соотвественно, что дает значение средней объемной плотности на уровне 141,7 грамма на кубический сантиметр. Несмотря на то, что он подвергается слабому облучению со стороны звезды (равновесная температура около 480 кельвин), его наблюдаемый радиус минимум на почти 13 процентов больше, чем предсказывают стандартные модели эволюции для малометалличного и очень старого коричневого карлика. Пока что точно неясно, с чем это связано, и одна из идей заключается в том, что увеличение содержания альфа-элементов могло повлиять на прозрачность атмосферы карлика и замедлить его охлаждение и сжатие.
Что же касается механизма формирования TOI-7019b, то он больше вписывается в модель фрагментации околозвездного диска или гравитационного коллапсу вещества, подобного процессу звездообразования, чем в модель аккреции газа на твердое ядро, которая часто применяется к экзогигантам. Дальнейшие наблюдения за этим уникальным субзвездным объектом должны помочь определить свойства его атмосферы и лучше разобраться в эволюционном пути.
Еще одной до конца нерешенной проблемой, связанной с коричневыми карликами, стало определение массовой границы между субзвездными телами и звездами. Для того, чтобы разобраться в ней ученые ищут наиболее тяжелых коричневых карликов.