В Малом Магеллановом Облаке была обнаружена система, состоящая из звезды, уже трансформировавшейся в нейтронную, и второй, находящейся на пути к подобной эволюции. В случае выживания пары после повторного взрыва, через сотни миллионов лет произойдет столкновение нейтронных звезд, сопровождаемое потерей массы посредством излучения гравитационных волн. Это открытие предоставило астрономам уникальную возможность детального исследования промежуточного этапа формирования подобных пар, который ранее был практически не поддавался наблюдению.

Образование нейтронных звезд происходит в результате коллапса ядер массивных светил после исчерпания запасов ядерного топлива. В ходе этого процесса ядро сжимается, формируя чрезвычайно плотный объект, состоящий преимущественно из нейтронов. Когда две нейтронные звезды располагаются на близком расстоянии друг от друга, они постепенно приближаются, излучая энергию в виде гравитационных волн.

Со временем эти объекты могут объединиться, что сопровождается дополнительным излучением энергии в форме гравитационных волн и существенной потерей массы. Такие слияния приводят к образованию тяжелых химических элементов и позволяют ученым исследовать свойства вещества при экстремальных значениях плотности.

Однако механизмы формирования таких пар до сих пор вызывают вопросы. Согласно теоретическим представлениям, ключевым этапом их возникновения является потеря звездой внешней оболочки. Взаимодействуя с другим компонентом системы, звезда теряет значительную часть водорода, что приводит к резкому сокращению расстояния между ними. Это ведет к формированию тесной системы, состоящей из нейтронной звезды и горячего «обнаженного» звездного ядра. В дальнейшем это ядро также может эволюционировать в нейтронную звезду. До настоящего времени наблюдение подобных объектов представлялось крайне сложной задачей.

В настоящее время группа астрономов во главе с Бетани Людвиг из Левенского католического университета (Бельгия) провела исследование системы DGL-3, расположенной в Малом Магеллановом Облаке. Эта система включает в себя горячий небесный светило, масса которого приблизительно равна 3,4 солнечной массы, и которое уже прошло значительную стадию потери водородной оболочки. Его температура составляет около 70 700 градусов Цельсия, а радиус – примерно 0,77 радиуса Солнца.

Ранее проведенные наблюдения выявили заметное изменение лучевой скорости звезды – то есть скорости ее движения вдоль линии обзора наблюдателя – несмотря на отсутствие второго компонента в спектре. Для определения природы этого явления ученые провели анализ 38 спектров, полученных в период с 2019 по 2022 год при помощи телескопа Вальтера Бааде, расположенного в обсерватории Лас-Кампанас (Чили).

Анализ показал, что светило совершает полный оборот вокруг общего центра масс всего за 4,17 часа. При этом его яркость демонстрирует периодические колебания, достигающие примерно 2,5 процента. Это явление обусловлено гравитационным воздействием невидимого спутника, вызывающего легкое вытягивание звезды. В процессе движения по орбите меняется площадь поверхности, видимая с Земли, что приводит к изменениям в яркости.

Астрономы исключили возможность наличия обычной звезды: объект необходимой массы не смог бы находиться на столь близкой орбите. Обнаружение спектральных линий позволило бы выявить вторую звезду, лишенную водородной оболочки. Таким образом, спутник должен представлять собой компактный объект.

Предполагаемая масса объекта составляет приблизительно 1,58 солнечных масс. Вероятность того, что эта величина превысит предел массы белого карлика, оценивается в 99,4 процента. В связи с этим ученые рассматривают нейтронную звезду как наиболее вероятный вариант, хотя ее существование пока не удалось установить непосредственно.

Результаты компьютерного моделирования указывают на то, что через 1,4 миллиона лет видимая звезда начнет переносить вещество своему компаньону. После этого ядро звезды подвергнется коллапсу, спровоцировав взрыв сверхновой. При соблюдении заданных параметров гравитационная связь в системе сохранится, и на месте звезды сформируется нейтронная звезда. Слияние обоих объектов должно произойти примерно через 220 миллионов лет.

Несмотря на то, что предложенный сценарий зависит от особенностей переноса вещества и потери углового момента, система DGL-3 представляет собой ценный наблюдательный пример системы, находящейся на этапе, который ранее существовал только в теоретических расчетах. Собранные данные позволят усовершенствовать модели ее эволюции и определить частоту будущих слияний.

Результаты научной работы опубликованы на сервере препринтов arXiv.org.