Знайдено планетоподібний об’єкт, який гарячіший за Сонце

Об’єкт, що обертається навколо зірки на відстані 1400 світлових років від нас, серйозно суперечить нашим уявленням про те, що можливо у Всесвіті.

Це коричневий карлик, дивовижна категорія об’єктів, які знаходяться між планетами та зірками, але він знаходиться на такій близькій орбіті зі своєю дуже гарячою головною зіркою, що його температура перевищує неймовірні 8000 Кельвінів (7727 градусів за Цельсієм, або 13 940 за Фаренгейтом) – досить гарячий, щоб розщепити молекули в його атмосфері на їхні складні атоми.

Це набагато вище, ніж температура на поверхні Сонця, де температура сягає відносно приємних 5778 Кельвінів. Насправді цей коричневий карлик є температурним рекордсменом – найгарячішим об’єктом такого типу, який ми коли-небудь знаходили.

Попри те, що коричневі карлики, як правило, гарячіші за планети, вони горять холодніше, ніж найхолодніші червоні карликові зірки – вони абсолютно не можуть досягти температури, подібної до Сонця, на своїх власних двигунах термоядерного синтезу.

Міжнародна група на чолі з астрофізиком Наамою Халлакуном з Інституту науки Вейцмана в Ізраїлі назвала об’єкт WD0032-317B. Їх відкриття було детально описано в документі, прийнятому в Nature Astronomy , і наразі доступному на сервері препринтів arXiv .

Команда каже, що відкриття може допомогти нам зрозуміти, що відбувається з юпітероподібними газовими гігантами, що обертаються навколо надзвичайно гарячих, масивних зірок, спостереження за якими може бути складним через властивості зірок, такі як їх активність і швидкість обертання.

Планети, що обертаються близько до своїх зірок, опромінюються величезною кількістю ультрафіолетового світла. Це може призвести до випаровування їхньої атмосфери та розриву молекул у ній, процес, відомий як термічна дисоціація.

Однак ми не знаємо багато про це екстремальне середовище. При такій близькій близькості до дуже яскравої зірки сигнали від орбітальної екзопланети може бути важко відрізнити від зоряної активності.

Ми знаємо одну екзопланету, досить гарячу для термічної дисоціації. Це KELT-9b, що обертається навколо блакитної зірки-надгіганта, яка нагріває денну сторону екзопланети до температури, що перевищує 4600 Кельвінів (4327 градусів за Цельсієм або 7820 градусів за Фаренгейтом).

Це гарячіше, ніж більшість зірок – червоні карлики, найпоширеніші зірки в галактиці, мають максимальну температуру поверхні близько 4000 Кельвінів .

Однак одним із способів вивчення цих екстремальних режимів можуть бути коричневі карлики в подвійних системах із білими карликами. Білі карлики набагато, набагато менші за блакитні надгіганти, такі як KELT-9, що, у свою чергу, робить їх тьмянішими, а сигнал від будь-яких перегрітих об’єктів-супутників легше виявляти.

Коричневий карлик — це не зовсім планета, але й не зовсім зірка. Маючи масу приблизно в 13 разів більшу за Юпітер , планетоподібний об’єкт може мати достатній тиск і тепло в своєму ядрі, щоб запалити синтез дейтерію .

Це «важкий» ізотоп водню; температура і тиск, необхідні для його синтезу, набагато нижчі, ніж температура і тиск, необхідні для синтезу звичайного водню, який згорає в ядрах зірок.

Коричневі карлики можуть досягати розміру приблизно 80 мас Юпітера та температури близько 2500 Кельвінів . Вони холодніші й тьмяніші за червоних карликів, але світяться в інфрачервоному діапазоні хвиль.

Білі карлики, з іншого боку, є кінцевою стадією життя таких зірок, як Сонце. Коли в ядрі зірки закінчується водень, вона викидає свої зовнішні шари, і ядро, яке більше не підтримується зовнішнім тиском термоядерного синтезу, колапсує в надщільний об’єкт розміром із Землю.

Білі карлики сяють від залишкового тепла, але процес смерті дуже енергійний – вони надзвичайно гарячі, їх температури можна порівняти з температурами блакитних надгігантів .

Це підводить нас до WD0032-317, дуже гарячої білої карликової зірки малої маси. Це приблизно 40 відсотків маси Сонця, горить при температурах близько 37 000 Кельвінів.

На початку 2000-х років дані, отримані за допомогою інструменту Ultra-Violet-Visual Echelle Spectrograph (UVES) на Дуже Великому Телескопі Європейської Південної Обсерваторії, показали, що WD0032-317 рухався навколо, тягнучи на місці невидимий орбітальний супутник. Пізні спостереження в ближньому інфрачервоному діапазоні показали, що цей супутник був коричневим карликом.

Халлакоу та її колеги використовували UVES, щоб отримати нові спостереження зірки, і виявили, що компаньйон є коричневим карликом з масою від 75 до 88 Юпітерів на карколомній орбіті всього за 2,3 години.

Димляча зброя, яка призвела до виявлення, була, ну, димлячою зіркою, свого роду. Коли денна сторона коричневого карлика повернена до нас, астрономи можуть виявити водень, який він виділяє, коли зірка його випаровує.

Оскільки коричневий карлик і зірка розташовані дуже близько один до одного, коричневий карлик припливно замкнений. Це означає, що одна сторона – денна сторона – постійно повернена до зірки, а інша залишається в постійній ночі. Команда підрахувала екстремальні температури, і цифри вражають.

«Залежно від моделі ядра білого карлика, яка використовується, нагріта денна температура компаньйона коливається між ≈7250 і 9800 Кельвінів – так само гаряче, як зірка типу А – з температурою нічної сторони ≈1300 − 3000 Кельвінів, або різниця температур ≈6000 K – приблизно в чотири рази більше, ніж у KELT-9b», – пишуть вони у своїй статті .

«Діапазон нічних температур охоплює карликів від T до M. «Рівноважна» температура чорного тіла опроміненого компаньйона (нехтуючи його внутрішньою яскравістю та альбедо та припускаючи, що він перебуває в тепловій рівновазі із зовнішнім опроміненням) становить приблизно 5100 Кельвінів, гарячіше, ніж будь-яка відома планета-гігант, і на ≈1000 Кельвінів гарячіше, ніж KELT-9b, що призводить до ≈ 5600 разів більшого екстремального ультрафіолетового потоку».

Жодна відома планета чи коричневий карлик не є гарячішими, що робить WD0032-317B не тільки надзвичайно чудовим, але й чудовим кандидатом для вивчення того, як надзвичайно гарячі зірки можуть випаровувати своїх супутників меншої маси. Вивчення таких об’єктів, як WD0032-317B, кажуть дослідники, може допомогти нам зрозуміти рідкісні об’єкти, що виходять за межі, такі як KELT-9b.