Приливные силы разогревают белые карлики в тесных двойных системах

Визуализация двойной системы белых карликов J1539+5027 с периодом обращения 6,9 минут, состоящей из разогретого приливными силами белого карлика (желтый) и его более компактного компаньона (синий). Система находится на грани начала передачи массы. Автор: KyotoU / Lucy McNeill

Белые карлики — это компактные остатки звезд, прекративших ядерное горение, судьба, которая в конечном итоге постигнет и наше Солнце. Эти чрезвычайно плотные объекты являются вырожденными звездами, и их структура контринтуитивна: чем они массивнее, тем меньше их размер.

Белые карлики часто образуют двойные системы, в которых две звезды обращаются друг вокруг друга. Большинство из них являются древними даже по галактическим меркам и остыли до температур поверхности около 4000 градусов Кельвина. Однако недавние исследования выявили класс короткопериодических двойных систем, в которых звезды обращаются друг вокруг друга быстрее, чем раз в час. Вопреки теоретическим моделям, эти звезды оказываются раздутыми до вдвое больших размеров, чем ожидалось, из-за температур поверхности от 10 до 30 тысяч градусов Кельвина.

Это вдохновило команду исследователей под руководством Люси Оливии Макнейл из Киотского университета изучить теорию приливов и использовать ее для прогнозирования повышения температуры белых карликов на короткопериодических орбитах. Приливные силы часто деформируют небесные тела в двойных орбитах, определяя их орбитальную эволюцию. Статья опубликована в The Astrophysical Journal.

«Приливный разогрев уже успешно объяснял температуры горячих юпитеров и их орбитальные свойства со звездами-хозяевами. Поэтому мы задались вопросом: в какой степени приливный разогрев может объяснить температуры белых карликов в короткопериодических двойных системах?» — спрашивает Макнейл.

Исследователи построили теоретическую модель, учитывающую повышение температуры белых карликов в короткопериодических двойных системах. Эта модель является полностью обобщенной, позволяя прогнозировать как прошлую и будущую температурную эволюцию, так и орбитальную эволюцию звезд-белых карликов в двойных системах.

Результаты показали, что приливные силы могут сильно влиять на эволюцию таких белых карликов. В частности, приливное воздействие небольшого белого карлика влияет на внутренний разогрев его более крупного, но менее массивного компаньона, заставляя его раздуваться и увеличивая температуру его поверхности как минимум до 10 000 градусов Кельвина.

Из-за этого раздутия команда прогнозирует, что белые карлики обычно должны быть вдвое больше, чем предсказывает теория, когда они начинают взаимодействовать или передавать массу. Следовательно, короткопериодические двойные системы белых карликов могут начать взаимодействовать на орбитальных периодах, которые в три раза длиннее, чем ожидалось ранее.

«Мы ожидали, что приливный разогрев повысит температуры этих белых карликов, но мы были удивлены, увидев, насколько сокращается орбитальный период для самых старых белых карликов, когда их полости Роша входят в контакт», — говорит Макнейл.

Белые карлики в двойных системах с такими короткими орбитальными периодами в конечном итоге будут взаимодействовать и излучать гравитационные волны, и считается, что они вызывают астрономические явления, такие как сверхновые типа Ia и катаклизмические переменные.

В будущем команда планирует применить свою модель к двойным системам с углеродно-кислородными белыми карликами и, возможно, получить информацию о предшественниках взрывов типа Ia, уделяя особое внимание тому, способствуют ли реалистичные температуры так называемому двойному вырожденному сценарию, или сценарию слияния.

Больше информации: Lucy O. McNeill et al, Tidal Heating in Detached Double White Dwarf Binaries, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/ae045f

Источник: Kyoto University