Обнаружена уникальная четверная звездная система с парой коричневых карликов

Художественное представление системы UPM J1040−3551 на фоне Млечного Пути, наблюдаемого телескопом Gaia. Слева UPM J1040−3551 Aa и Ab видны как далекая яркая оранжевая точка, а врезка показывает эти две звезды M-типа на орбите. Справа на переднем плане пара холодных коричневых карликов — UPM J1040−3551 Ba и Bb — обращаются друг вокруг друга с периодом в десятилетия, а вместе они вращаются вокруг UPM J1040−3551 Aab по огромной орбите, полный оборот по которой занимает более 100 000 лет. Автор: Цзясинь Чжун/Цзэнхуа Чжан

Астрономы заявили, что захватывающее открытие чрезвычайно редкой четверной звездной системы может значительно продвинуть наше понимание коричневых карликов. Эти загадочные объекты слишком велики, чтобы считаться планетой, но также слишком малы, чтобы быть звездой, поскольку им не хватает массы для поддержания термоядерного синтеза и превращения в полноценные светила.

В исследовании, опубликованном в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, астрономы идентифицировали чрезвычайно редкую иерархическую четверную звездную систему, состоящую из пары холодных коричневых карликов, вращающихся вокруг пары молодых красных карликов. Система расположена в 82 световых годах от Земли в созвездии Насоса.

Система, получившая название UPM J1040−3551 AabBab, была идентифицирована международной исследовательской группой под руководством профессора Цзэнхуа Чжана из Нанкинского университета.

Исследователи сделали свое открытие, используя общую угловую скорость, измеренную астрометрическим спутником Gaia Европейского космического агентства и инфракрасным космическим телескопом NASA WISE, с последующими комплексными спектроскопическими наблюдениями и анализом.

Дело в том, что этой широкой двойной паре требуется более 100 000 лет, чтобы совершить один полный оборот вокруг друг друга, поэтому их орбитальное движение невозможно увидеть за годы наблюдений. Поэтому исследователям пришлось анализировать, как они движутся в одном направлении с одинаковой угловой скоростью.

В этой системе Aab относится к более яркой звездной паре Aa и Ab, а Bab — к более тусклой субзвездной паре Ba и Bb.

«Особенно захватывающим в этом открытии является иерархический характер системы, который необходим для того, чтобы ее орбита оставалась стабильной в течение длительного периода времени», — сказал профессор Чжан.

«Эти две пары объектов вращаются друг вокруг друга отдельно с периодами в десятилетия, в то время как пары также вращаются вокруг общего центра масс с периодом более 100 000 лет».

Две пары разделены расстоянием в 1656 астрономических единиц (а.е.), где 1 а.е. равна расстоянию от Земли до Солнца. Более яркая пара, UPM J1040−3551 Aab, состоит из двух красных карликов почти одинаковой массы, которые при наблюдении в видимых длинах волн выглядят оранжевыми.

С видимой звездной величиной 14,6 эта пара примерно в 100 000 раз тусклее Полярной звезды в видимом диапазоне. Фактически, ни один красный карлик не достаточно ярок, чтобы его можно было увидеть невооруженным глазом — даже Проксима Центавра, наш ближайший звездный сосед на расстоянии 4,2 световых года. Чтобы сделать UPM J1040−3551 Aab видимой без оптических приборов, эту двойную пару нужно было бы приблизить к Земле на расстояние 1,5 световых года, что поместило бы ее ближе, чем любая звезда в нашей текущей космической окрестности.

Более тусклая пара, UPM J1040−3551 Bab, — это два гораздо более холодных коричневых карлика, которые практически не излучают видимого света и примерно в 1000 раз тусклее пары Aab при наблюдении в ближнем инфракрасном диапазоне, где их легче всего обнаружить.

Близкая двойная природа UPM J1040−3551 Aab изначально подозревалась из-за колебаний ее фотоцентра во время наблюдений Gaia и была подтверждена ее необычной яркостью — примерно на 0,7 звездной величины ярче, чем одиночная звезда с такой же температурой на том же расстоянии, поскольку совокупный свет от пары почти одинаковой массы эффективно удваивает выходную мощность.

Аналогичным образом, UPM J1040−3551 Bab была идентифицирована как еще одна тесная двойная система благодаря аномально ярким инфракрасным измерениям по сравнению с типичными коричневыми карликами ее спектрального типа. Спектральный анализ убедительно поддержал этот вывод, причем бинарные шаблоны обеспечивали значительно лучшее соответствие, чем шаблоны одиночных объектов.

Доктор Фелипе Наваррете из Бразильской национальной астрофизической лаборатории возглавил критически важные спектроскопические наблюдения, которые помогли охарактеризовать компоненты системы.

Используя спектрограф Goodman на телескопе SOAR в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили (программа NSF NOIRLab), доктор Наваррете получил оптические спектры более яркой пары, а также зарегистрировал спектры ближнего инфракрасного диапазона более тусклой пары с помощью прибора TripleSpec телескопа SOAR.

«Эти наблюдения были сложными из-за слабой светимости коричневых карликов, — сказал доктор Наваррете, — но возможности SOAR позволили нам собрать crucial спектроскопические данные, необходимые для понимания природы этих объектов».

Их анализ показал, что оба компонента более яркой пары являются красными карликами M-типа с температурами примерно 3200 Кельвинов (около 2900°C) и массами около 17% массы Солнца.

Более тусклая пара представляет собой более экзотические объекты: два коричневых карлика T-типа с температурами 820 Кельвинов (550°C) и 690 Кельвинов (420°C) соответственно.

Коричневые карлики — это небольшие и плотные объекты малой массы, причем коричневые карлики в этой системе имеют размеры, аналогичные Юпитеру, но их массы оцениваются в 10–30 раз больше. Действительно, в нижней части этого диапазона эти объекты можно считать объектами «планетарной массы».

«Это первая четверная система, обнаруженная с парой коричневых карликов T-типа, вращающихся вокруг двух звезд», — сказала соавтор исследования доктор МариКруз Гальвес-Ортис из Центра астробиологии в Испании. «Открытие предоставляет уникальную космическую лабораторию для изучения этих загадочных объектов».

В отличие от звезд, коричневые карлики непрерывно остывают на протяжении всей своей жизни, что изменяет их наблюдаемые свойства, такие как температура, светимость и спектральные особенности. Этот процесс охлаждения создает фундаментальную проблему в исследованиях коричневых карликов, известную как «проблема вырождения возраста и массы».

Изолированный коричневый карлик с определенной температурой может быть более молодым, менее массивным объектом или более старым, более массивным — астрономы не могут различить эти возможности без дополнительной информации.

«Коричневые карлики с широкими звездными компаньонами, возраст которых можно определить независимо, бесценны для преодоления этого вырождения в качестве возрастных эталонов», — пояснил соавтор исследования профессор Хью Джонс из Хартфордширского университета.

«UPM J1040−3551 особенно ценна, потому что H-альфа излучение от более яркой пары указывает на то, что система относительно молода — возрастом от 300 миллионов до 2 миллиардов лет».

Команда считает, что пару коричневых карликов (UPM J1040−3551 Bab) потенциально можно разрешить с помощью методов высокого разрешения в будущем, что позволит провести точные измерения их орбитального движения и динамических масс.

«Эта система предлагает двойную пользу для науки о коричневых карликах», — сказал соисследователь профессор Адам Бургассер из Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Она может служить возрастным эталоном для калибровки моделей атмосфер низких температур и массовым эталоном для проверки эволюционных моделей, если мы сможем разрешить двойную систему коричневых карликов и отследить ее орбиту».

Открытие системы UPM J1040−3551 представляет собой значительный прогресс в понимании этих неуловимых объектов и разнообразных путей формирования звездных систем в окрестностях Солнца.

Больше информации: Z H Zhang et al, Benchmark brown dwarfs—I. A blue M2 + T5 wide binary and a probable young [M4 + M4] + [T7 + T8] hierarchical quadruple, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025). DOI: 10.1093/mnras/staf895

Источник: Royal Astronomical Society