Недавно астрономы обнаружили массивный коричневый карлик, который обращается вокруг звезды спектрального класса М — красного карлика. Казалось бы, в этом открытии нет ничего необычного, поскольку коричневые карлики часто находят в компании других звёзд или, реже, таких же коричневых карликов. Но кое-что выделяет находку — небесное тело расположено к своей звезде слишком близко.
Коричневые карлики — астрономические объекты, которые занимают промежуточное положение между планетами и звёздами. Масса этих небесных тел находится в пределах от 13 до 80 масс Юпитера, что делает их слишком массивными для газовых планет-гигантов. Однако этого всё равно недостаточно, чтобы запустить реакции синтеза с участием ядер водорода и стать «настоящей» звездой.
И хотя считается, что коричневые карлики формируются не как планеты, а как звёзды, массы накопленного газопылевого материала хватает только на синтез дейтерия («тяжёлого водорода») и лития, запасы которых истощаются в течение нескольких миллионов лет. После этого коричневые карлики начинают постепенно остывать и тускнеть.
Коричневые карлики, как и планеты, могут находиться на разном удалении от своих звёзд, однако здесь есть некоторые закономерности. Например, в пределах трёх астрономических единиц (1 а.е. — расстояние от Солнца до Земли) от светил крайне редко встречаются коричневые карлики с массами от 30 до 60 масс Юпитера — эту область называют «пустыней коричневых карликов». Такие объекты существуют у звёзд лишь в 0,2-0,3 процентах случаев. Учёные пока не пришли к единому мнению, почему так происходит. Всего в этих областях астрономы открыли 47 коричневых карликов, 8 из которых обращаются вокруг красных карликов.
Новый обнаруженный представитель этой «пустыни» — TOI-2119.01 — аж в 67 раз массивнее Юпитера, хотя его радиус составляет всего 1,11 радиуса газового гиганта. Он обращается вокруг красного карлика TOI-2119 по вытянутой орбите и делает один оборот за 7,2 дня. Коричневый карлик расположен приблизительно в 0,064 а.е. от своей звезды, что в 6 раз меньше, чем расстояние от Меркурия до Солнца. Яркостную температуру объекта астрономы оценили в 2100 кельвинов (около 1827 градусов Цельсия).
Почему же так важна эта находка? Дело в том, что подобных открытий пока слишком мало для полноценной проверки теоретических моделей, которые описывают происхождение коричневых карликов, найденных в «пустынях». Чем больше таких необычных объектов будет обнаружено, тем более точные модели смогут построить учёные.
Масса и радиус красного карлика TOI-2119 в два раза меньше, чем у Солнца, кроме того он холоднее нашей звезды в 1,6 раз. Вокруг своей оси он вращается с периодом в 13,2 дня, что соответствует возрасту в диапазоне от 0,7 до 5,1 миллиарда лет. Такой существенный разброс объясняется отсутствием моделей возраста для красных карликов с периодом вращения в промежутке от 10 до 70 дней, поэтому использовались пограничные значения.
Из-за неопределённости возраста родительской звезды учёным сложно оценить эволюционный путь этой системы. Однако астрономы попытались выяснить приблизительный возраст коричневого карлика TOI-2119.01. Они сравнили его массу и радиус с другими коричневыми карликами массой от 10 до 90 масс Юпитера и радиусами менее двух юпитерианских. Эти небесные тела обращаются вокруг других звёзд, в том числе и спектрального класса М. Выяснилось, что параметры TOI-2119.01 согласуются с эволюционными моделями коричневых карликов возрастом менее 1 миллиарда лет.
Существуют различные механизмы формирования коричневых карликов, однако изучены они ещё не до конца. Коричневые карлики могут образоваться путём накопления вещества околозвёздного диска из газа и пыли на плотное ядро или в результате гравитационной нестабильности в диске и последующего сжатия плотного облака. Ещё один вариант заключается в том, что звезда, не успев окончательно сформироваться, выбрасывается из области звездообразования, после чего аккреция прекращается.
Большая масса коричневого карлика TOI-2119.01 указывает на гравитационную нестабильность в околозвёздном диске, при которой распределение вещества в нём неравномерно. Вероятно, TOI-2119.01 сформировался во внешней части диска, а затем мигрировал на свою текущую орбиту.
Ещё одна особенность обнаруженного коричневого карлика — его орбита. Показатель, характеризующий, насколько орбита небесного тела отклоняется от окружности, называется эксцентриситетом. Эксцентриситет орбиты TOI-2119.01 составляет 0,336. Чем ближе значение к 0, тем орбита более круговая. Орбиты с эксцентриситетом, близким к 1, имеют вытянутую эллиптическую форму.
Среди других массивных коричневых карликов с периодом обращения вокруг звезды-хозяина менее 10 дней TOI-2119.01 обладает наиболее вытянутой орбитой. Астрономы предположили, что это стало результатом взаимодействия с третьим телом в этой звёздной системе, которое движется по долгопериодической орбите. При этом учёные не обнаружили признаков присутствия других коричневых карликов в пределах 7,9 а.е. от TOI-2119.01. Подтвердить или опровергнуть гипотезу о наличии третьего небесного тела помогут новые выпуски звёздного каталога Gaia. Учёные продолжат наблюдения и за самим коричневым карликом, чтобы уточнить его орбиту и возраст — тогда система станет пригодной для проверки теоретических моделей.
Автор: Алина Нестерова
Источники: phys.org, arxiv.org
