Астрономы впервые напрямую разглядели близкого компаньона у звезды асимптотической ветви гигантов

Астрономы впервые смогли напрямую отследить орбитальное движение близкого компаньона у звезды асимптотической ветви гигантов. Это удалось сделать в ходе наблюдений за системой π¹ Журавля. Обнаруженный объект выглядит как звезда главной последовательности, окруженная аккреционным диском и вращающаяся по круговой орбите вокруг первичной звезды. Статья опубликована в Nature Astronomy. 

Практически все звезды с начальной массой от 0,8 до 8 масс Солнца, прежде чем превратиться в планетарную туманность, проходят через фазу асимптотической ветви гигантов. При этом многие из них обладают как минимум одним компаньоном в виде звезды или субзвездного объекта. Если такой компаньон находится близко к звезде, это оказывает сильное влияние на эволюцию системы и свойства планетарной туманности. Однако до сих пор не было случаев однозначного обнаружения у звезд асимптотической ветви гигантов тесных (менее пяти радиусов звезды) компаньонов, ученые наблюдали только более далекие из них. Это связано с большой сложностью поисков из-за пульсаций и большой светимости звезд подобного типа, а также порождаемых ими звездных ветров.

Группа астрономов во главе с Ёсией Мори (Yoshiya Mori) из Университета Монаша сообщила об однозначном обнаружении компаньона у звезды π¹ Журавля путем прямой регистрации его кеплеровского движения вокруг гиганта. Наблюдения за системой в субмиллиметровом диапазоне с высоким разрешением проводились в 2019 и 2023 годах при помощи наземной системы радиотелескопов ALMA. Кроме того, ученые использовали в расчетах архивные астрометрические данные, собранные телескопами Hipparcos и Gaia и охватывающие период с 1991 по 2016 год.

π¹ Журавля состоит из желтого карлика и полуправильной переменной звезды асимптотической ветви гигантов, расположенных на расстоянии 530 световых лет от Солнца. Первичная звезда пары стала широко известна после первых успешных наблюдений конвективных ячеек в ее фотосфере. Более ранние наблюдения за системой при помощи ALMA и VLT выявили признаки наличия в ней либо еще одной звезды, близкой к первичному светилу, либо плотного облака газа и пыли. Ученые задались целью установить истинную природу потенциального дополнительного компонента системы.

Оказалось, что у первичной звезды (π¹ Gru A) с текущей массой около 1,27–1,5 масс Солнца действительно есть близкая звезда-компаньон, что делает π¹ Журавля иерархической тройной, где более далекий желтый карлик π¹  Gru B мало влияет на динамику центральной тесной пары. Новая звезда системы, получившая обозначение π¹ Gru C, скорее всего, представляет собой светило главной последовательности спектрального класса F6–F8V. Версия, что это массивный и горячий белый карлик кажется маловероятной, но пока не исключена окончательно. π¹ Gru C окружена плотным круглым аккреционным диском с общей массой на уровне 2 × 10⁻⁶ массы Солнца и внешним радиусом около 0,83 астрономической единицы. Первичная звезда переполняет свою полость Роша в двойной системе, питая аккреционный диск, а взаимодействие ветров от первичной звезды с диском и орбитальное движение звезд порождает спиральную головную ударную волну. 

Компаньон первичной звезды вращается вокруг нее против часовой стрелки по круговой орбите с периодом 11,76 года. Такая форма орбиты кажется объяснимой из-за действия механизма приливной диссипации, однако отличается от эллиптических орбит в двойных системах с периодами более тысячи дней и звездами после фазы асимптотической ветви гигантов. Возможно, что для этих систем эксцентриситет орбиты способен увеличиваться, например, за счет различных процессов массопереноса, механизма Лидова — Козаи или взаимодействий с околозвездным диском.

Исследователи предполагают, что начальная масса первичной звезды составляла от 1,25 до 2 масс Солнца, а параметры тесной двойной были стабильны во время нахождения π¹Gru A на главной последовательности и горизонтальной ветви. Затем, когда первичная звезда перешла в ветвь красных гигантов, она начала терять массу, а орбита двойной должна была расшириться. Когда π¹ Gru A стала термически пульсирующей звездой асимптотической ветви гигантов, то процессы массопереноса и приливной диссипации могли сократить орбиту двойной. Однако все эти эволюционные сценарии нуждаются в дополнительной проверке, как и свойства π¹Gru C, что планируется сделать в ходе дальнейших наблюдений за системой.

Наличие компаньона у знаменитого красного сверхгиганта Бетельгейзе, например, до сих пор остается предметом споров среди астрофизиков. Однако недавно ученые получили новые доказательства того, что он все же есть.