Обнаружение бинарной системы белых карликов с передачей массы
Астрономы наблюдали бинарную систему белых карликов, где одна звезда поглощает материю от другой. Исследование раскрывает механизмы передачи массы в ультракомпактных системах.
Команда астрофизиков провела наблюдения бинарной системы белых карликов, в которой одна звезда активно поглощает материю от другой. Результаты исследования, опубликованные в The Astrophysical Journal, представляют собой одни из самых четких изображений процессов обмена массой между ультракомпактными белыми карликами, находящимися на близком расстоянии друг от друга.
Бинарные звездные системы часто становятся ареной для зрелищных и зачастую разрушительных процессов, когда одна звезда деформируется и поглощает материю своей спутницы. Однако в системах, где звезды находятся на крайне близком расстоянии друг от друга, до сих пор оставались неясными механизмы передачи массы. Белые карлики — это остатки звезд, подобных Солнцу, которые исчерпали свое ядерное топливо и сбросили свои внешние слои. Команда под руководством Эммы Чиклс из MIT проанализировала миллионы изображений бинарных звезд, особенно белых карликов, полученных в ходе различных наблюдательных программ за последнее десятилетие.
Исследователи смогли наблюдать в реальном времени изменение яркости системы ATLAS J1013−4516, состоящей из пары белых карликов. Это изменение соответствует взаимному затмению двух звезд с крайне коротким периодом — всего 8,56 минуты. Краткий орбитальный период указывает на близость звезд, и в результате одна из них поглощает материю своей спутницы и передает ее на компактный и перегретый аккреционный диск (25900 K).
Система ATLAS J1013−4516 относится к классу бинарных систем AM Canum Venaticorum (AM CVn), которые представляют собой редкие ультракомпактные бинарные системы, в которых белый карлик аккрецирует богатую гелием материю от донора, находящегося в состоянии вырождения или полу-вырождения. Их орбитальные периоды варьируются от 5 до 70 минут, а их спектры отличаются непрерывным синим цветом, сильным излучением He I/He II и отсутствием линий Бальмера, что отличает их от катаклизмических переменных, аккрецирующих водород.
С помощью спектрографа LMAS (Large Lenslet Array Magellan Spectrograph) было обнаружено, что аккреционный диск доминирует гелием, а фотометрия с высокой скоростью от ULTRACAM выявила выраженные первичные и вторичные затмения. Чиклс и ее коллеги создали базу хронометража за десятилетие, используя кривые света из наблюдений ATLAS и Gaia, а также изображения с высокой скоростью от ULTRACAM на Новом Энергетическом Телескопе и proto-Lightspeed на телескопе Магеллан. На основе этой временной линии они измерили производную орбитального периода, равную -1,60 × 10^-12 с.с^-1. Измерение производной орбитального периода (ускорение или замедление) позволяет непосредственно исследовать равновесие между потерями углового момента из-за излучения гравитационных волн и орбитальным расширением, вызванным передачей массы. Подобные измерения были выполнены лишь для нескольких ультракомпактных бинарных систем с заметными и ненулевыми производными орбитального периода. В контексте стабильной передачи массы амплитуда и знак производной периода указывают на то, что эволюция орбиты регулируется взаимодействием между потерями углового момента, вызванными гравитационными волнами, и передачей массы.
Это позволяет исследовать реакцию структуры звезды-донор на потерю массы. Исследователи ограничивают массы аккрецирующей звезды и звезды-донор, основываясь на аргументах стабильной передачи массы, предполагая, что потеря углового момента в основном вызвана излучением гравитационных волн. Масса донора составляет 0,1 солнечной массы, а аккрецирующая звезда весит 0,87 солнечной массы.
Чиклс и ее команда делают вывод о характерной деформации гравитационных волн в бинарной системе, что может быть обнаружено будущими космическими обсерваториями гравитационных волн, такими как LISA (Laser Interferometer Space Antenna), которые смогут обнаружить это напрямую. Они ожидают, что характерная деформация будет соответствовать соотношению сигнал/шум LISA более 10 за 4 года, что делает ATLAS J1013−4516 перспективным объектом для изучения долгосрочной орбитальной эволюции в режиме передачи массы.
Благодаря почти десятилетию наблюдений с использованием ATLAS, Gaia, ULTRACAM и proto-Lightspeed, Эмма Чиклс и ее команда измерили отрицательную производную орбитального периода ATLAS J1013−4516, амплитуда которой ниже, чем предсказано процессом излучения гравитационных волн. Это указывает на то, что текущая передача массы частично компенсирует потери углового момента, вызванные гравитационными волнами, и, следовательно, способствует образованию термически разогретого и полувырожденного донора гелия. В сочетании с геометрическими ограничениями, вытекающими из затмений, наблюдение ATLAS J1013−4516 позволяет точно проверить влияние структуры донора на долгосрочную орбитальную эволюцию на самых коротких периодах, достигнутых бинарными белыми карликами в фазе аккреции диска.
Недавние открытия выявили ограниченную, но разнообразную популяцию ультракомпактных систем AM CVn с орбитальными периодами менее ∼10 минут, имеющих широкий спектр форм кривых света и положительные и отрицательные производные орбитального периода. ATLAS J1013−4516 иллюстрирует это разнообразие и является одной из немногих систем в этом режиме, демонстрирующих глубокие затмения и точно измеренный орбитальный период, что делает ее особенно ценным объектом для тестирования моделей передачи массы через диск и термодинамики доноров гелия.
