Відкрито популяцію гарячих гелієвих зірок, які віддали свої атмосфери зіркам-компаньйонам

Астрономи підтвердили існування гарячих гелієвих зірок у подвійних системах, тим самим закривши розрив у масі зірок між субкарликами і зірками Вольфа – Райє. Такі об’єкти були передбачені теоретично, але їх не вдавалося засікти. Тепер учені знайшли спосіб розгледіти хоча б деякі з них.

Останні дослідження показали, що приблизно 70% масивних зірок взаємодіють із зіркою-компаньйоном протягом життя. Теорія еволюції подвійних зірок передбачає, що під час такого “спілкування” кожна третя масивна зірка має втрачати водневу оболонку. Або її “висмоктує” зірка-компаньйон, або вони утворюють спільну газову оболонку і викидають її.

Головне, що в результаті втрати водню повинні залишатися довгоживучі гарячі гелієві зірки від двох до восьми сонячних мас (при початкових 8-25 сонячних мас). Їх має бути досить багато, але за весь час спостережень описано лише одну багату гелієм зірку середньої маси.

При цьому масивні “голі” зірки мають відігравати важливу роль у багатьох астрофізичних процесах і подіях. За всіма параметрами саме вони мають породжувати бідні воднем наднові з ядром, що колапсує. А надзвичайно висока температура поверхні робить їх перспективними кандидатами в джерела потужних іонізуючих фотонів.

Якщо такі об’єкти дійсно рідкісні, то необхідно переглянути моделі еволюції подвійних зірок. З іншого боку, причина розбіжності теорії та спостережень може бути в похибці спостережень. Ймовірно, випромінювання гарячих гелієвих зірок може заглушити як яскрава зірка-компаньйон, так і міжзоряний пил.

Кілька років тому астроном Ільва Гьотберг (Ylva Götberg), доцентка Австрійського інституту науки і технологій (ISTA), припустила, що такі зірки можна виявити за зайвим ультрафіолетом у спектральному розподілі енергії.

Разом із колегою Беттані Людвіг із Торонтського університету (Канада) Гьотберг змоделювала, який вигляд мають мати спектри різних “голих” зірок у складі подвійних систем. Так науковці виявили, що гелієві зірки середньої маси в парі з відносно маломасивними зірками-компаньйонами (менш як 10 сонячних мас) мають бути унікальними за співвідношенням їхнього кольору та зоряної величини.

Дослідники вирішили пошукати такі об’єкти в найближчих до нас галактиках – Великій і Малій Магелланових Хмарах. Вчені зібрали інформацію про яскравість мільйонів зірок і створили перший каталог даних з ультрафіолетового випромінювання в цих галактиках. А головне – вони виявили системи з незвичайним ультрафіолетовим світлом і пильніше вивчили 25 з них. Результати опубліковані в журналі Science.

Діаграма співвідношення кольору і зоряної величини для об’єктів у Великій (ліворуч) і Малій Магелланових Хмарах (праворуч) на основі даних нового огляду. На ній видно, що чимало об’єктів перебувають у більш “блакитній” частині діаграми, вибиваючись із загальної маси. Кружками відзначено 25 вивчених зірок, розділених на три класи / © M. R. Drout, Y. Götberg, B. A. Ludwig et al. Science, 2023

Серед вивчених “блакитних” систем автори виділили три морфологічні класи. До першої групи потрапили зірки з домінуючими лініями поглинання гелію-II (одноразово іонізований гелій, за наявністю або відсутністю ліній поглинання гелію-I та гелію-II визначають спектральний клас гарячих зірок); до другої – зірки з гелієм-II та значними лініями поглинання водню; до третьої – об’єкти із сильними лініями водню та гелію-I, що дуже схоже на спектр зірок головної послідовності спектрального класу B.

Якщо об’єкти в останньому класі справді можуть виявитися “звичайними” зірками, то зірки першого і другого класів надто відрізняються від об’єктів спектрального класу O і зірок Вольфа – Райє. Це і є передбачені гарячі гелієві зірки.

Автори продовжують аналізувати інші перспективні “блакитні” системи, виявлені під час огляду. Також вони планують розширити пошук таких об’єктів як у сусідніх галактиках, так і в межах Чумацького Шляху.