«Джеймс Уэбб» нашел богатого углеродом экзогиганта у пульсара-черной вдовы. Возможно, ранее это была маломассивная звезда

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» определил, что вокруг пульсара-черной вдовы  PSR J2322-2650 действительно вращается объект планетарной массы, который похож на юпитероподобную горячую экзопланету с крайне богатой углеродом атмосферой. Пока что неясно, как возникло такое тело — возможно, ранее это была маломассивная звезда. Препринт доступен на arXiv.org.

К настоящему моменту подтверждено существование нескольких тысяч экзопланет, однако объектов планетарного масштаба у остатков погибших звезд, таких как белые карлики и нейтронные звезды, известно очень мало. В последнем случае именно такой объект стал первой системой, в которой были найдены экзопланеты. Одной из разновидностей нейтронных звезд выступают черные вдовы — миллисекундные пульсары в двойных системах, которые разрушают за счет мощных ветров и высокоэнергетического излучения своих компаньонов. 

Обычно компаньонами пульсаров-черных вдов выступают маломассивные (легче Солнца) звезды, однако среди примерно пятидесяти известных на сегодня подобных систем есть несколько, для которых массы компаньона нейтронной звезды оцениваются на уровне менее десяти масс Юпитера. Взаимодействие пульсара с подобными телами — крайне интересное направление для подробных исследований.

Группа астрономов во главе с Майклом Чжаном (Michael Zhang) из Университета Чикаго опубликовала результаты спектроскопических наблюдений «Джеймса Уэбба» за системой PSR J2322-2650 8 ноября 2024 года при помощи инструмента NIRSpec в диапазоне длин волн 0,6–5,3 микрометров. Наблюдения охватывали весь цикл вращения компаньона вокруг пульсара, в ходе них регистрировалось излучение от его атмосферы, разогретой до больших температур излучением нейтронной звезды.

PSR J2322-2650 была обнаружена в 2017 году и остается системой, включающей в себя наиболее легкого компаньона пульсара-черной вдовы. Она состоит из нейтронной звезды с периодом вращения 3,5 миллисекунды и тела планетарного масштаба, чьи минимальные масса и объемная плотность могут составлять 0,8 массы Юпитера и 1,8 грамма на кубический сантиметр, что подходит под модель экзопланеты типа горячего юпитера. Пара находится на орбите с периодом 7,8 часа и расположена на удалении 2054 световых лет от Солнца.

Данные наблюдений «Джеймса Уэбба» лучше всего вписываются в модель объекта-компаньона PSR J2322-2650b с температурой фотосферы от 900 кельвин (минимум ночной стороны) до 2300 кельвинов (максимум дневной стороны), который почти заполняет свою полость Роша и подвергается воздействию сильных ветров от пульсара, дующих в направлении, противоположном направлению вращения планеты. Масса объекта может составлять около 1,4−2,4 масс Юпитера, а радиус — 0,99−1,18​ радиусов Юпитера, что делает его юпитероподобным телом на орбите с наклонением около 30 градусов. Предпочтительная модель пульсара предполагает его массу на уровне двух масс Солнца, небольшую напряженность магнитного поля и малую радиосветимость.

Что касается свойств атмосферы экзопланеты, то она характеризуется большим обогащением углеродом и сильным обеднением кислородом, азотом и водородом: отношение C/O более ста, а C/N — более десяти тысяч. Кроме того, модель предсказывает большой процент содержания гелия и дующие на запад сильные ветра. Такой объект в теории можно получить, если маломассивная звезда-компаньон была лишена своих внешних слоев до выгорания гелия в своем ядре или до перехода в ветвь красных гигантов за счет совместного действия процессов утекания вещества из-за переполнения полости Роша и фотоиспарения из-за излучения пульсара. Однако наблюдаемое обилие углерода плохо объясняется этой моделью, другие модели, например богатые углеродом красные гиганты или звезды, возникшие при слиянии двух белых карликов, также сталкиваются с проблемами. Поэтому требуются новые моделирования и данные наблюдений за подобными телами, чтобы разобраться в происхождении PSR J2322-2650b и аналогичных ему объектов.

Искать черных вдов могут не только профессиональные астрономы, но и добровольцы в рамках проектов распределенных вычислений. 

Источник