Суперобъекты. Звезды размером с город - Сергей Попов

Гиперскоростные звезды

Еще один очень интересный тип объектов, связанных с двойными системами, – так называемые гиперскоростные звезды. Обычно звезды в окрестностях Солнца перемещаются друг относительно друга с довольно большими по нашим земным меркам скоростями: 10–20 км/с, что соответствует скоростям искусственных спутников или планет вокруг Солнца. В Галактике, в диске, звезды практически везде и всегда движутся относительно своих соседей примерно с такой типичной скоростью. Кроме диска, у Галактики есть другие составляющие, например, галактическое гало. Если в диске звезды движутся примерно в одной плоскости, то звезды гало могут обращаться по любым орбитам. Скорость вращения вокруг центра Галактики на солнечной орбите больше 200 км/с. Поэтому звезды гало могут «просвистывать» сквозь диск примерно с такой же скоростью, и мы видим такие объекты вокруг нас. Но эти объекты все равно связаны с нашей Галактикой, и для их появления не нужен особый механизм. Они так движутся от рождения.

Недавно, уже в XXI веке, стали открывать так называемые гиперскоростные звезды. Их скорости – это 500, 600, 700 или даже 800 км/с. Огромные значения, которые делают звезду уже не связанной с нашей Галактикой! То есть она улетает из нашего звездного острова навсегда. Может улететь в сторону другой галактики и даже войти в ее состав (хотя последнее маловероятно). Может просто остаться совсем одинокой и болтаться в межгалактическом пространстве, с течением времени уже превратившись в белого карлика, нейтронную звезду или черную дыру. Как же они образуются?

Схематическое изображение Галактики. Показаны основные составляющие: диск, балдж и гало. Вся Галактика погружена в гигантское гало темного вещества.

Такие объекты были предсказаны совсем незадолго до их открытия, в 80-е годы прошлого века. Ускорителем этих звезд является центральная черная дыра нашей Галактики. Если двойная система – для одиночных этот механизм не работает – пролетает очень близко от черной дыры, то черная дыра может развалить эту систему своим большим приливным воздействием. Одна звезда станет спутником черной дыры, а вторая приобретет очень большую скорость. И именно из центра Галактики должны лететь гиперскоростные звезды, что в большинстве случаев и наблюдается. Наверное, есть какие-то другие механизмы, не все гиперскоростные звезды (а их известно уже несколько десятков) летят прямо из центра Галактики, но это, безусловно, основной механизм, и он также требует, чтобы в начале у нас была двойная система. Отдельную звезду трудно разогнать черной дырой до таких больших скоростей.

Экзотический механизм разгона одиночек был предложен в 2015 году. Звезда должна подойти к сверхмассивной черной дыре настолько близко, что та практически начинает ее разрушать своими приливными силами. Однако если полного разрушения не произошло, то остаток «покореженной» звезды может приобрести скорость до 1000 км/с. То есть можно разогнать и одиночную звезду, но вряд ли в нашей Галактике нужны более тяжелые черные дыры. С двойными – проще.

Или с тройными. Недавно была обнаружена удивительная гиперскоростная звезда. Наблюдения показали, что летит она из центра Галактики, но вот выглядит слишком массивной. Если мы оценим, сколько звезда должна была добираться из галактического центра до своего современного местоположения, то обнаружим парадокс: столь массивные звезды так долго не живут. Объяснение потребовало вовлечения тройной системы. Промчавшись мимо сверхмассивной черной дыры, система потеряла одну из звезд, а оставшаяся пара ускорилась до уровня гиперскоростных звезд. Но в процессе полета гиперскоростная двойная слилась. Образовавшаяся звезда не только имеет массу, равную сумме масс исходных компонент двойной, но и выглядит более массивной из-за недавнего слияния, разогревшего звезду (похожими свойствами обладают так называемые «голубые бродяги», встречающиеся в основном в плотных скоплениях; эти объекты также выглядят более массивными, яркими и голубыми, чем им положено, из-за взаимодействия с другими звездами).

Но все-таки самая быстрая на сегодняшний день звезда в Галактике – US 708 – разогналась не за счет взаимодействия со сверхмассивной черной дырой. Как показывает исследование, опубликованное в 2015 году, она входила в тесную двойную систему, которую разрушил взрыв сверхновой. Скорее всего, сверхновой типа Ia. Скорость звезды составляет 1200 км/с.

А можно ли разогнать звезду до еще больших скоростей? Может быть, близких к световой. По всей видимости – можно. Снова нужна двойная система, но на этот раз из двух сверхмассивных черных дыр. В результате слияния галактик часто возникает такая монстровидная пара. Недавние расчеты показали, что пара таких черных дыр может ускорять обычные звезды до скоростей в десятки тысяч километров в секунду.

Было бы здорово прицепиться к гиперскоростной звезде и полететь в другую галактику. Если у звезды уже есть обитаемые планеты, то можно вместе с их обитателями совершить такой межгалактический перелет. Путешествие заняло бы сотни тысяч или даже миллионы лет, но, находясь на обитаемой планете вблизи нормальной долгоживущей звезды типа Солнца, колония внегалактических странников могла бы добиться успеха.

Планеты двойных звезд

В фантастических романах очень любят описывать планеты, имеющие два (или больше) солнца. Оказалось, что и в самом деле в системах двойных звезд могут существовать планеты. Их начали открывать совсем недавно. Основной вклад в обнаружение планет в двойных системах внес спутник «Кеплер».

Конфигурации устойчивых орбит планет в двойных системах. Планета может вращаться вокруг всей пары на расстоянии заметно большем, чем размер звездных орбит, или вокруг одной из звезд, находясь вблизи нее.

Говоря о планетах в двойных, мы можем вспомнить о тройных звездах. Устойчивыми оказываются только иерархические системы. Возможны две ситуации, когда планетная орбита оказывается устойчивой. Бывает, что планета вращается очень близко от одной из звезд и вторая звезда лишь несильно возмущает орбиту планеты. Это не так интересно, так как фактически у такой планеты одно солнце (второе будет намного слабее в небе такой планеты). А могут быть планеты, вращающиеся сразу вокруг всей двойной. Первая такая планета была открыта спутником «Кеплер». Ее, естественно, неофициально назвали Татуин, поскольку похожая планета существует в популярном фильме.

Сейчас известно уже несколько десятков планет в двойных звездных системах. Как вокруг какой-нибудь из звезд двойной, так и вокруг всей системы. Но есть и планеты в тройных системах. Одна из них (в системе GJ 667) даже находится в зоне обитаемости и имеет не слишком большую массу. То есть она может относиться к планетам земного типа и иметь на своей поверхности жидкую воду.

В некоторых планетных системах мы можем наблюдать процессы, аналогичные происходящим в тесных двойных системах. Например, если планета подобралась слишком близко к звезде, то та может ее нагревать своим излучением, возмущать своим приливным воздействием. Так же, как в тройных системах, может запускаться механизм Козаи – Лидова, приводящий к квазипериодическим изменениям наклона орбиты и ее вытянутости. Наконец, может даже начаться аккреция, а в конце концов планета может слиться со звездой, что будет сопровождаться яркой вспышкой. Их надеются обнаружить, когда войдет в строй большой обзорный телескоп LSST.

Сам процесс образования планет происходит в диске, окружающем звезду (сейчас мы даже видим диски вокруг молодых двойных звезд). Изучение дисков в астрофизике десятилетиями было в основном связано с исследованием тесных двойных. Поэтому многие методы и решения, разработанные для двойных, – например, решение Шакуры-Сюняева, – интенсивно используется для моделирования формирования планетных систем.

В течение последних лет планеты вокруг двойных звезд перестали быть фантастикой, и теперь мы знаем различные системы такого типа. Поговорим теперь, возможно, о самых фантастических двойных звездах.

VI. Релятивистские двойные звезды

Релятивистские двойные – это системы, где хотя бы один из объектов является очень компактным, и поэтому для описания таких систем нужна теория относительности (собственно, обе: и Частная – так называемая Специальная, – и Общая). По-английски «теория относительности» – theory of relativity. Поэтому компактные объекты и системы с ними называют релятивистскими. Обычно это системы или с нейтронными звездами, или с черными дырами. В будущем мы надеемся открыть и двойные, состоящие сразу из нейтронной звезды и черной дыры.