Это близнецы! Тайна знаменитого коричневого карлика раскрыта

На этой иллюстрации изображена пара недавно обнаруженных близнецов-коричневых карликов, названных Gliese 229Ba и Gliese 229Bb. Gliese 229B, обнаруженный в 1995 году, был первым подтвержденным коричневым карликом, но до сих пор астрономы думали, что наблюдают одно тело, а не два. Новые наблюдения с Очень Большого Телескопа Европейской Южной Обсерватории в Чили показали, что шар представляет собой два коричневых карлика, тесно вращающихся вокруг друг друга каждые 12 дней (на что указывают оранжевые и синие орбитальные линии), с разделением всего в 16 раз больше расстояния между Землей и Луной. Пара коричневых карликов совершает оборот вокруг холодной звезды-карлика M каждые 250 лет. Автор: K. Miller, R. Hurt (Caltech/IPAC)

Сотни статей были написаны о первом известном коричневом карлике, Gliese 229B, с момента его открытия исследователями Калифорнийского технологического института в Паломарской обсерватории института в 1995 году. Однако эта сфера по-прежнему остается неразгаданной тайной: она слишком тусклая для своей массы.

Теперь международная группа астрономов под руководством Калтеха наконец-то разгадала эту загадку: коричневый карлик на самом деле представляет собой пару тесно связанных коричневых карликов, весом примерно в 38 и 34 раза больше массы Юпитера, которые вращаются вокруг друг друга каждые 12 дней. Наблюдаемые уровни яркости пары соответствуют ожидаемым для двух небольших, тусклых коричневых карликов в этом диапазоне масс.

«Gliese 229B считался образцовым коричневым карликом», — говорит Джерри В. Сюань, аспирант, работающий с Димитрием Моэтом, профессором астрономии Дэвида Моррисро. «И теперь мы знаем, что все это время ошибались относительно природы объекта. Он не один, а два. Мы просто не могли исследовать разделения так близко до сих пор».

Сюань является ведущим автором исследования, результаты которого опубликованы в журнале Nature под названием «Холодный коричневый карлик Gliese 229B — тесная двойная звезда».

Отдельное независимое исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters и проведенное под руководством Сэма Уайтбука, аспиранта Калифорнийского технологического института, и Тима Брандта, младшего астронома из Научного института космического телескопа в Балтиморе, также пришло к выводу, что Gliese 229B представляет собой пару коричневых карликов.

Открытие ставит новые вопросы о том, как формируются такие тесно связанные дуэты коричневых карликов, и предполагает, что подобные двойные коричневые карлики — или даже двойные экзопланеты — могут ждать своего открытия. (Экзопланета — это планета, которая вращается вокруг звезды, отличной от нашего Солнца.)

«Открытие того, что Gliese 229B является двойной звездой, не только разрешает недавнее противоречие между ее массой и светимостью, но и значительно углубляет наше понимание коричневых карликов, которые находятся на грани между звездами и гигантскими планетами», — говорит Моет, который также является старшим научным сотрудником в JPL, которой управляет Калифорнийский технологический институт для NASA.

Gliese 229B была открыта в 1995 году группой ученых из Калтеха, в которую входили Ребекка Оппенгеймер, тогда аспирантка Калтеха; Шри Кулкарни, профессор астрономии и планетологии имени Джорджа Эллери Хейла; Кит Мэтьюз, специалист по приборам из Калтеха; и другие коллеги.

«Увидеть первый объект, меньший звезды, вращающийся вокруг другого солнца, было волнующе», — говорит Оппенгеймер, соавтор нового исследования и астрофизик Американского музея естественной истории. «Тогда это положило начало кустарному производству людей, искавших такие же чудаки, но это оставалось загадкой на протяжении десятилетий».

Действительно, почти 30 лет спустя после своего открытия и сотни наблюдений спустя, Gliese 229B все еще озадачивает астрономов своей неожиданной тусклостью. Ученые подозревали, что Gliese 229B могут быть близнецами, но «чтобы избежать внимания астрономов в течение 30 лет, два коричневых карлика должны были бы находиться очень близко друг к другу», говорит Сюань.

Чтобы разделить Gliese 229B на два объекта, команда использовала два разных инструмента, оба из которых установлены на Очень Большом Телескопе Европейской Южной Обсерватории в Чили. Они использовали инструмент GRAVITY, интерферометр, который объединяет свет от четырех разных телескопов, чтобы пространственно разделить тело на два, и инструмент CRIRES+ (CRyogenic high-resolution InfraRed Echelle Spectrograph) для обнаружения различных спектральных сигнатур от двух объектов.

Последний метод включал измерение движения (или доплеровского смещения) молекул в атмосфере коричневых карликов, которое указывало на то, что одно тело направлялось к нам на Земле, а другое — от нас, и наоборот, когда пара вращалась вокруг друг друга.

«Так приятно видеть, что почти 30 лет спустя произошло новое развитие», — говорит Кулкарни, который не является автором текущей статьи. «Теперь эта двоичная система снова ошеломляет».

Эти наблюдения, проводившиеся в течение пяти месяцев, показали, что дуэт коричневых карликов, теперь называемых Gliese 229Ba и Gliese 229Bb, вращается вокруг друг друга каждые 12 дней с разделением всего в 16 раз больше, чем расстояние между Землей и Луной. Вместе пара вращается вокруг звезды-карлика M (меньшей и более красной, чем наше Солнце) каждые 250 лет.

«Эти два мира, вращающиеся друг вокруг друга, на самом деле меньше по радиусу, чем Юпитер. Они выглядели бы довольно странно на нашем ночном небе, если бы у нас было что-то подобное в нашей собственной солнечной системе», — говорит Оппенгеймер. «Это самое захватывающее и увлекательное открытие в субзвездной астрофизике за последние десятилетия».

Как возникла эта вращающаяся пара космических шаров, до сих пор остается загадкой. Некоторые теории утверждают, что пары коричневых карликов могли образоваться внутри вращающихся дисков материала, которые окружают формирующуюся звезду. Диск разделился бы на два семени коричневых карликов, которые затем стали бы гравитационно связанными после близкого столкновения. Работают ли эти же механизмы формирования для формирования пар планет вокруг других звезд, еще предстоит выяснить.

В будущем команда хотела бы заняться поиском еще более близко вращающихся двойных коричневых карликов с помощью таких инструментов, как Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), разработанный группой под руководством Мавета в обсерватории Кека на Гавайях, а также будущего инфракрасного спектрографа высокого разрешения для характеристики экзопланет (HISPEC) обсерватории Кека, который в настоящее время разрабатывается в Калифорнийском технологическом институте и других лабораториях группой под руководством Мавета.

«Тот факт, что первый известный спутник коричневого карлика является двойным, служит хорошим предзнаменованием для продолжающихся усилий по поиску других объектов», — говорит Сюань.

Больше информации: Jerry Xuan, The cool brown dwarf Gliese 229 B is a close binary, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08064-x. www.nature.com/articles/s41586-024-08064-x

Источник: California Institute of Technology