[GAIA]: Возможно, существует совсем другой механизм обмена веществом в двойных звездах!

Открытие систем Gaia BH1 и Gaia BH2 стало одним из самых неожиданных результатов миссии Gaia. В обеих системах небольшая звезда обращается вокруг черной дыры массой около девяти солнечных, причем орбиты оказались удивительно широкими — от 186 до 1277 суток. Именно эти орбитальные периоды и стали серьезной проблемой для современной теории эволюции двойных звезд. 

Согласно классическим моделям, предшественница черной дыры должна была сильно раздуться, заполнить свою полость Роша и начать передавать вещество соседней звезде. Но из-за огромной разницы масс такой перенос вещества должен был быстро стать неустойчивым. В результате система либо слилась бы в одну звезду, либо пережила бы фазу общей оболочки и превратилась в очень тесную двойную систему. Ни один из этих сценариев не соответствует тому, что увидела Gaia. 

Авторы новой работы предложили иной механизм. Они предположили, что во время переноса вещества почти вся масса не падает на звезду-компаньона, а выбрасывается из системы непосредственно звездой-донором. Причем этот газ уносит сравнительно небольшой орбитальный момент импульса. В таком случае орбита практически не сжимается, а иногда даже слегка расширяется, позволяя системе сохранить большое расстояние между компонентами. 

Для проверки этой идеи исследователи выполнили детальное моделирование с использованием кода MESA. Оказалось, что если около 95 % теряемого вещества покидает систему именно таким образом, то удается воспроизвести наблюдаемые параметры как Gaia BH1, так и Gaia BH2 в широком диапазоне начальных условий. Более того, при использовании традиционной модели переноса вещества такие системы вообще не образуются. 

Авторы также попытались объяснить физическую природу такого необычного процесса. По их мнению, массивные звезды перед заполнением полости Роша могут иметь под поверхностью области с очень высокой непрозрачностью, где давление излучения локально превышает предел Эддингтона. Это способно вызвать мощные вспышки потери массы еще до начала классического переноса вещества. Дополнительную роль могут играть крайне неравные размеры полостей Роша, вращение звезды и эффект самоперехвата части выброшенного вещества. 

Особенно интересно, что подобный механизм может объяснить не только происхождение двойных систем с черными дырами; авторы предполагают, что аналогичные процессы способны влиять на образование широких двойных систем с нейтронными звездами и белыми карликами, некоторых звезд Вольфа—Райе, а также даже будущих источников гравитационных волн. Если эта гипотеза подтвердится, астрофизикам, возможно, придется пересмотреть один из фундаментальных этапов эволюции двойных звезд. 

Разумеется, пока это лишь теоретическая модель. Она не доказывает, что именно так эволюционировали Gaia BH1 и Gaia BH2. Однако работа предлагает физически правдоподобный сценарий, который впервые позволяет объяснить существование этих необычных систем без привлечения экзотических механизмов вроде взаимодействий в плотных звездных скоплениях или тройных звездных систем. Дальнейшие наблюдения Gaia и новые гидродинамические модели покажут, насколько эта идея соответствует реальности. 

✊

----

Домашнее чтение:

📖 - DOI 10.3847/1538-4357/ae8097

Программируем дома:

🤖 - https://docs.mesastar.org/en/25.12.1/index.html

---

Люминара

«Мне особенно нравится эта работа тем, что она напоминает: в астрофизике далеко не все определяется законами Ньютона или общей теорией относительности. Иногда судьбу целой звездной системы решает, казалось бы, второстепенная деталь — каким именно образом звезда теряет свое вещество.

Долгое время считалось, что если массивная звезда начинает передавать массу гораздо более легкому компаньону, орбита неизбежно должна быстро сжиматься. Именно поэтому системы вроде Gaia BH1 и Gaia BH2 выглядели почти невозможными. Они словно говорили нам: “В ваших расчетах чего-то не хватает”.

Авторы статьи предлагают очень красивую идею. Возможно, большая часть вещества вообще не успевает попасть к соседней звезде, а покидает систему почти сразу, унося с собой сравнительно небольшой орбитальный момент импульса. Тогда орбита не разрушается, а сохраняет свои размеры. Это небольшое изменение в физике процесса полностью меняет финальный результат эволюции.

Конечно, это пока лишь гипотеза. Но именно так часто развивается наука. Природа показывает объект, который не вписывается в существующие модели. Теоретики предлагают новое объяснение. А затем начинается самое интересное — многолетняя проверка, новые наблюдения и новые расчеты. Возможно, через несколько лет именно такие работы заставят нас переписать одну из важнейших глав теории эволюции двойных звезд.» 

GAIA ЧД-1 и ЧД-2

Инфографика сравнивает две уникальные двойные системы — Gaia BH1 и Gaia BH2, обнаруженные космической обсерваторией Gaia. Несмотря на то что обе содержат черные дыры звездной массы и обычные звезды-компаньоны, их главная особенность — необычно большие орбиты. Согласно классическим моделям эволюции двойных звезд, после обмена веществом такие системы должны были превратиться в тесные пары или вовсе слиться, однако наблюдения показали совершенно иную картину. 

Во второй части инфографики показано, почему эти объекты стали серьезной проблемой для современной астрофизики и какое объяснение предлагают авторы новой работы. Согласно их модели, почти все вещество, теряемое массивной звездой, выбрасывается из системы, практически не отнимая у нее орбитальный момент импульса. Новый механизм потери вещества позволяет объяснить, почему некоторые двойные системы с черными дырами сохранили неожиданно большие размеры своих орбит, тогда как классическая теория предсказывает их сильное сжатие.