Молодой возраст, старый состав: звезда Gaia BH2 ставит под сомнение теории о звёздной эволюции

Астросейсмология помогает выявить противоречия в возрасте звезды Gaia BH2 — Дэниел Хей

Исследования, проведённые с помощью астросейсмологии, позволили учёным выяснить, что звезда-компаньон недавно открытой чёрной дыры Gaia BH2 имеет необычные характеристики. Несмотря на старую химическую структуру, её возраст по последним данным оказался намного моложе. Эти открытия ставят под сомнение существующие теории эволюции звёзд и могут пролить свет на новые процессы в звёздных системах. Об этом сообщает Astrophysical Journal.

Как астросейсмология помогает исследовать звезды

Астросейсмология — это метод, схожий с земной сейсмологией. В отличие от земных процессов, где сейсмографы фиксируют колебания Земли, астросейсмология анализирует колебания звёзд, вызывающие едва заметное мерцание. Эти вибрации помогают астрономам определять внутренние характеристики звезды, такие как её структура, состав, температура ядра и скорость вращения.

Для звезды Gaia BH2 астросейсмология стала ключом к её разгадке. Спутник НАСА TESS зафиксировал вибрации, что позволило учёным вычислить возраст звезды. В отличие от химического состава звезды, который указывает на её возраст в 10 миллиардов лет, данные астросейсмологии дают значительно более молодой возраст — около 5 миллиардов лет.

"Комбинация "молодого” возраста и древней химии крайне необычна и указывает, что звезда эволюционировала не в одиночестве", — отмечает ведущий автор исследования Дэниел Хей.

Этот дисбаланс в возрасте и составе стал одним из главных объектов исследования.

Что особенного в звезде Gaia BH2?

Почти все звезды проходят через несколько этапов развития, от молодого состояния до старения, что отражается на их химическом составе. Звезда Gaia BH2, как и многие другие красные гиганты, имеет богатый альфа-элементами химический состав, который характерен для старых звёзд, сформировавшихся в первые миллиарды лет существования Вселенной. Однако возраст, полученный с помощью астросейсмологии, показывает, что она значительно моложе.

Такое противоречие могло бы быть просто аномалией, если бы не необычные параметры её вращения. Измерения показали, что Gaia BH2 вращается вокруг своей оси за 398 дней — это намного быстрее, чем должно вращаться одиночное тело такого возраста. Обычно старые красные гиганты теряют угловой момент и замедляются, а эта звезда продолжает вращаться быстро, что также указывает на её необычную эволюцию.

Почему звезда вращается быстрее, чем должна?

Учёные предполагают, что звезда могла пройти через процесс слияния с другой звездой или активно обменивалась массой с объектом, из которого позже сформировалась чёрная дыра. Этот процесс мог не только привести к получению дополнительного вещества, но и ускорить вращение звезды. Такие события могут объяснить странную комбинацию молодого возраста и старой химии.

Согласно одной из гипотез, Gaia BH2 пережила слияние, после чего её ядро стало более молодым, а внешние слои — сохранили старую химическую структуру, указывающую на ранний этап формирования звёзд.

Чёрная дыра Gaia BH2 и её "спящий" компаньон

Gaia BH2 — это система с "спящей" чёрной дырой, что означает, что она не поглощает вещество, и поэтому не излучает рентгеновские лучи. Такие чёрные дыры были обнаружены сравнительно недавно благодаря наблюдениям миссии Gaia, которая использует особенности движения звёзд-компаньонов для их выявления.

Эти "спящие" чёрные дыры не излучают свет, а потому их трудно обнаружить, если рядом нет активных источников излучения. Однако присутствие таких объектов можно определить по небольшим колебаниям в движении их спутников. В случае с Gaia BH2 эти колебания выявили астрономы, и это дало возможность сделать вывод о существовании чёрной дыры.

Также была изучена другая система с подобной чёрной дырой — Gaia BH3. Она имеет ещё более странного компаньона. Согласно теории, система должна была проявлять очевидные колебания, однако их не зафиксировали. Это открытие говорит о том, что современные модели старых звёзд могут нуждаться в пересмотре.

Роль таких систем для науки

Будущие исследования таких систем, как Gaia BH2, помогут астрономам лучше понять процессы, происходящие в ранних звёздных системах, особенно когда звёзды эволюционируют не по привычным схемам. Системы с "спящими" чёрными дырами могут хранить информацию о древних звёздных столкновениях и слияниях, которые уже не можно наблюдать в более активных частях Галактики.

Эти данные также помогут учёным глубже изучить влияние "мёртвых" объектов на развитие звёзд и других космических тел. Возможно, такие чёрные дыры играют важную роль в эволюции космических структур, которые мы не видим напрямую.

Сравнение систем Gaia BH2 и других известных чёрных дыр

Чтобы лучше понять уникальность системы Gaia BH2, можно сравнить её с другими подобными объектами.

Гаия BH2 - чёрная дыра с необычным компаньоном, обладающим противоречивыми характеристиками.
Гаия BH3 - система с "спящей" чёрной дырой и странным поведением компаньона, не поддающимся текущим теориям.
Активные чёрные дыры - характеризуются ярким рентгеновским излучением, что делает их легко различимыми.

Основное отличие Gaia BH2 в том, что её чёрная дыра не активно поглощает вещество, а её звезда-компаньон имеет противоречивую химическую структуру и возраст.

Плюсы и минусы существующих теорий о старых звёздах

Сравнение старых теорий с новыми данными показывает необходимость обновления взглядов на эволюцию звёзд и чёрных дыр.

Плюсы:

Подтверждение существования неактивных чёрных дыр.
Возможность пересмотра теорий по эволюции звёзд.
Открытие новых типов звёздных систем и их взаимодействий.

Минусы:

Сложность в интерпретации новых данных, требующих пересмотра существующих моделей.
Недостаточность информации для окончательных выводов.
Необходимость дальнейших наблюдений для получения более точных данных.