Уникальный звездный квартет поможет раскрыть тайну коричневых карликов20.08.2025 16:46

Открытие чрезвычайно редкой четверной звездной системы может значительно продвинуть наше понимание коричневых карликов (brown dwarves). Эти загадочные объекты слишком велики, чтобы считаться планетами, но слишком малы и холодны, чтобы считаться звездами. Им не хватает массы для реакции термоядерного синтеза и превращения в полноценные светила.

В исследовании, опубликованном в Ежемесячнике Королевского астрономического общества, ученые описали чрезвычайно редкую иерархическую четверную звездную систему, состоящую из пары холодных коричневых карликов, вращающихся вокруг пары молодых красных карликов. Большая звездная семья расположена на расстоянии 82 световых лет от Земли в созвездии Antlia Pneumatica («Воздушный насос»). Это тусклое южное созвездие было открыто еще в XVIII веке, но из-за малозаметности долго не пользовалось вниманием астрономов. Появление современной техники, способной изучать космические объекты в разных диапазонах спектра и с немыслимым для астрономов прошлого разрешением, вернула интерес ученых к космическому «насосу». Как выяснилось, не зря.

Система, получившая название UPM J1040−3551 AabBab, была обнаружена международной исследовательской группой под руководством профессора Цзэнхуа Чжана из Нанкинского университета.

Исследователи сделали свое открытие, используя данные измерения угловых скоростей, выполненные астрометрическим спутником Gaia Европейского космического агентства и наблюдения широкоугольного инфракрасного спутникового телескопа NASA (WISE). Затем комплексные спектроскопические и фотометрические наблюдения были тщательно проанализированы с помощью алгоритмов машинного обучения.

Двойной паре звезд требуется более 100 000 лет, чтобы совершить один оборот вокруг друг друга, поэтому их орбитальный цикл невозможно наблюдать в полном объеме. Исследователям волей-неволей пришлось моделировать динамику системы.

Иерархическая природа системы делает открытие особенно интересным. Иерархия необходима для того, чтобы орбиты оставались стабильными в течение длительного времени. Внутри каждой пары объекты вращаются вокруг друг друга по отдельности в течение десятилетий, в то время как «пара пар» вращается вокруг общего центра масс с периодом, составляющим более 100 000 лет.

Два тандема разделены расстоянием в 1656 астрономических единиц, где 1 а.е. равна расстоянию от Земли до Солнца. Более яркая пара, UPM J1040−3551 Aab, состоит из двух красных карликов почти одинаковой массы, которые при наблюдении в видимом диапазоне выглядят оранжевыми.

Имея визуальную звездную величину 14,6, эта пара примерно в 100 тысяч раз тусклее Полярной звезды. Красные карлики не обладают достаточной яркостью, чтобы быть видимыми невооруженным глазом. Даже Проксима Центавра, наш ближайший звездный сосед, находящийся на расстоянии 4,2 светового года, без телескопа не видна. Чтобы UPM J1040−3551 Aab можно было увидеть без оптических приборов, эта пара должна находиться на расстоянии не более полутора световых лет от Земли.

Более тусклая пара, UPM J1040−3551 Bab, представляет собой два гораздо более холодных коричневых карлика, которые практически не излучают видимый свет и кажутся примерно в 1000 раз тусклее пары Aab при наблюдении в ближнем инфракрасном диапазоне, где их проще всего обнаружить.

Первоначально подозрения о «сверхкратной» природе UPM J1040−3551 Aab возникли из-за колебания ее фотоцентра во время наблюдений Gaia и подтвердились ее необычной яркостью — примерно на 0,7 звездной величины ярче, чем у одиночной звезды с такой же температурой на том же расстоянии. Объединенный свет от пары звезд почти равной массы фактически удваивает выходной сигнал.

Аналогичным образом, пара UPM J1040−3551 Bab была идентифицирована как еще одна тесная двойная звезда благодаря своим аномально ярким инфракрасным показателям по сравнению с типичными коричневыми карликами этого спектрального класса. Спектральный анализ убедительно подтвердил этот вывод, причем шаблоны для двойных объектов обеспечивали значительно лучшее соответствие, чем шаблоны для одиночных звезд.

Руководил спектроскопическими наблюдениями, которые помогли охарактеризовать компоненты системы, доктор Фелипе Наварете из Бразильской национальной астрофизической лаборатории. Используя спектрограф Гудмана на Южном астрофизическом исследовательском телескопе (SOAR) в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили в рамках программы NSF NOIRLab, доктор Наварете получил оптические спектры более яркой пары, а также зафиксировал ближние инфракрасные спектры более слабой пары с помощью инструмента TripleSpec от SOAR.

Ученый отметил, что наблюдения были сложными из-за тусклости коричневых карликов, но возможности SOAR позволили собрать важнейшие спектроскопические данные, необходимые для понимания природы объектов. Анализ показал, что оба компонента более яркой пары являются красными карликами М-типа с температурой приблизительно 3200 К (около 2900°C) и массой не более 17% от массы Солнца.

Тусклая пара представляет собой более экзотические объекты: два коричневых карлика Т-типа с температурами 820 Кельвинов (550°C) и 690 Кельвинов (420°C) соответственно.

Коричневые карлики — это небольшие и плотные объекты малой массы. В этой системе они имеют размеры, сравнимые с планетой Юпитер, но их масса, по оценкам, в 10–30 раз больше. Но в нижней части этого диапазона объекты вполне можно считать объектами «планетарной массы».

В отличие от звезд, коричневые карлики непрерывно остывают на протяжении всей своей жизни, что меняет их температуру, светимость и спектральные характеристики. Этот процесс охлаждения создает фундаментальную проблему в исследовании коричневых карликов, известную как «проблема зависимости возраста от массы».

Изолированный коричневый карлик с определенной температурой может быть более молодым и менее массивным объектом или более древним и более массивным — астрономы не могут различить эти возможности без дополнительной информации.

Наличие у коричневых карликов звездных компаньонов, возраст которых можно определить независимо, играют неоценимую роль в определении возраста. Объект UPM J1040−3551 особенно ценен, поскольку излучение альфа-водорода от более яркой пары указывает на то, что система относительно молода. Ей от 300 миллионов до 2 миллиардов лет.

Ученые полагают, что в будущем пару коричневых карликов (UPM J1040−3551 Bab) можно будет разделить с помощью методов визуализации с высоким разрешением, что позволит точно измерить их орбитальное движение и динамические массы.

Недавно ученые высказали предположение, что коричневые карлики в галактических центрах могут быть средоточием темной материи.