Астрономы впервые зафиксировали поглощение планеты гигантской умирающей звездой

До этого момента это явление лишь теоретизировалось. Теперь же конкретное наблюдение поможет астрономам выяснить, что на самом деле происходит с планетной системой, когда со звездой происходит драматическая агония смерти.

– Она раздувается в сотни раз от своего первоначального размера и перед тем, как выбросить свой внешний материал и сжаться в горячо светящийся звездный остаток, все поглощает все на своем пути, – рассказали астрономы.

Предыдущие наблюдения зафиксировали стадии непосредственно перед одним из таких поглощений, а также – после него.

Но только сейчас ученые впервые смогли зафиксировать подобное в 12 000 световых годах от Земли. Звезда стремительно увеличила яркость – примерно в 100 раз, а потом в один миг погасла, сияя избытком яркого, долгоживущего инфракрасного света.

Подобный процесс уже был описан специалистами – так они представляли конец жизни Солнца.

Это описание они потом использовали для того, чтобы сделать более подробные прогнозы о последних днях для нашего маленького мирка – галактики Млечного Пути.

– Мы уже видим будущее Земли, – рассказал астрофизик Кишалай Де из Института астрофизики и космических исследований Кавли Массачусетского технологического института. – Если бы какая-то другая цивилизация наблюдала за нами с расстояния в 10 000 световых лет, в то время как Солнце поглощало Землю, они бы увидели, что Светило внезапно стало ярче. Это обусловлено выбрасыванием материала и образованием вокруг него пыли. А вообще … смерть звезды, подобной Солнцу, – довольно страшный процесс. И теперь наблюдения за другими звездами Млечного Пути на разных этапах их жизни продемонстрировали нам, как это происходит.

По мере того как у звезды заканчивается водородное топливо для сжигания в ее ядре, хрупкий баланс между внешним давлением термоядерного синтеза и внутренним давлением гравитации начинает нарушаться.

Ядро сжимается, перенося больше водорода из внешних слоев звезды к центру, концентрируясь в оболочке вокруг ядра. Из-за высокой температуры и давления эта водородная оболочка начинает плавиться, выделяя дополнительное тепло, которое раздувает внешние слои звезды в сотни раз по сравнению с первоначальным размером. Но самые внешние слои, более тонкие, чем раньше, охлаждаются к более красному концу спектра. Это то, что известно как красный гигант.

Звезда поглотит все на пути этого расширяющегося внешнего материала. Здесь, в Солнечной системе, этот процесс, как ожидается, произойдет через несколько миллиардов лет, при этом Солнце, по прогнозам, расширится до орбиты Марса, по пути поглотив Меркурий, Венеру и Землю.

Изначально Де и его коллеги вовсе не собирались искать умирающую звезду, которая пожирает свои же планеты.

Исследователи просто просматривали данные, собранные переходным центром Цвикки, который изучает небо в оптическом и инфракрасном диапазонах волн. Они искали двойные звезды на близких орбитах.

– И вот однажды ночью я заметил звезду, которая за неделю стала ярче в 100 раз, из ниоткуда, – говорит Де. – Это было не похоже ни на одну звездную вспышку, которую я видел в своей жизни.

Более пристальный взгляд с использованием данных оптической и инфракрасной обсерватории Кека для изучения химического состава объекта выявил еще больше странностей. Звезда показала признаки элементов, таких как оксид титана и оксид ванадия, которые больше соответствуют прохладной среде, а не горячему водороду и гелию, которые вы ожидаете от звезд, обменивающихся плазмой.

Дальнейшие наблюдения с помощью инфракрасной Паломарской обсерватории подтвердили это. Что бы ни происходило со вспышкой, названной ZTF SLRN-2020, это не была двойная звезда, что означало, что вспышка должна была быть чем-то другим.

Взгляд на научную литературу показал, что то, как свет расцветал, гас и сохранялся в виде холодного материала, светящегося в инфракрасном диапазоне, соответствовало типу взрыва, известному как красная новая, результат столкновения двойной звезды.

Но энергия, которую она произвела, была намного, намного меньше, чем можно было ожидать от красной новой; фактически, около тысячной энергии. И это был последний кусочек головоломки.

– Это означает, что то, что слилось со звездой, должно быть в 1000 раз меньше, чем любая другая звезда, которую мы видели, – говорит Де. – И это счастливое совпадение, что масса Юпитера составляет примерно 1/1 000 массы Солнца. Именно тогда мы поняли: это была планета, врезавшаяся в свою же  звезду.

Согласно анализу команды, планета имела бы максимальную массу, примерно в 10 раз превышающую массу Юпитера, будучи поглощенной и падая к ядру расширяющегося красного гиганта.

По мере того, как звезда поглощала планету, ее расширяющаяся внешняя оболочка продолжала охлаждаться, образуя пылевое облако вокруг звезды, которое давало долговременную инфракрасную сигнатуру, наблюдаемую Паломарской обсерваторией.

По словам исследователей, это и является «недостающим звеном» в нашем понимании эволюции планетных систем. Они назвали такого рода события «субсветящимися красными новыми» и считают, что ZTF SLRN-2020 может помочь нам понять, какое влияние поглощение планет может оказать на яркость, химический состав и скорость вращения звезд поздней стадии.

– На протяжении десятилетий мы могли видеть «до» и «после», – заключил Де. – До, когда планеты все еще вращаются по орбитам очень близко к своей звезде, и после, когда планета уже была поглощена гигантской звездой. Чего нам не хватало, так это застать звезду с поличным, когда у вас есть планета, переживающая эту судьбу в режиме реального времени. Вот что делает это открытие действительно захватывающим.  

Ранее LIVE24 сообщало о том, что в космосе может быть много планет, похожих на Землю.