Секреты коричневых карликов поможет раскрыть уникальная система из четырёх звёзд

Учёные обнаружили и подтвердили существование крайне редкой системы из четырёх звёзд, пара из которых представляет собой коричневых карликов. Эти объекты остаются малоизученными, поскольку излучают мало света и находятся далеко. Новое открытие даёт важную «точку отсчёта» для изучения свойств коричневых карликов и поэтому особенно ценно.

Относительные размеры Солнца, самой маленькой звезды, коричневого карлика, Юпитера и Земли. Источник изображения: NASA

Исследование основано на анализе данных европейской астрометрической обсерватории «Гайя» (Gaia) и инфракрасного телескопа NASA WISE. Система UPM J1040−3551 AabBab, удалённая от Земли на 82 световых года, давно вызывала вопросы — её излучение выглядело неоднородным. «Гайя» позволила уточнить угловые скорости объектов, и оказалось, что система состоит из двух пар: красных карликов и коричневых карликов. При этом обе пары связаны гравитацией и вращаются вокруг общего центра масс: красные карлики — друг вокруг друга, а пара коричневых карликов — вокруг них.

Периоды обращений различаются на порядки: звёзды внутри пар совершают оборот за десятки лет, а коричневые карлики обходят красных за примерно 100 тысяч лет. Их светимость различается в тысячу раз, поэтому для анализа пришлось использовать инструменты с высокой спектральной чувствительностью. Дополнительным фактором, облегчившим наблюдения, стало большое расстояние между парами — около 1656 астрономических единиц.

«Эти наблюдения были непростыми из-за тусклости коричневых карликов, — поясняют исследователи. — Но возможности [обсерватории] SOAR позволили нам собрать важные спектроскопические данные, необходимые для понимания природы этих объектов».

Наблюдения подтвердили, что красные карлики Aa и Ab имеют массу около 17 % солнечной и температуру поверхности около 2900 °C. Коричневые карлики Ba и Bb оказались значительно легче — их масса составляет 10–30 масс Юпитера (0,01–0,03 массы Солнца), а температура — 420–550 °C. Они относятся к редкому Т-типу коричневых карликов.

«Это первая из когда-либо обнаруженных четверных систем, в которой пара коричневых карликов Т-типа вращается вокруг двух звёзд, — заявили сделавшие открытие учёные. — Это открытие предоставляет уникальную космическую лабораторию для изучения этих загадочных объектов».

С возрастом коричневые карлики постепенно остывают, и их свойства меняются. Этот процесс зависит от массы, что приводит к так называемой «проблеме вырождения массы и возраста»: по температуре объекта нельзя однозначно определить, молодой он и лёгкий или старый и более массивный. Но наличие компаньона помогает снять неопределённость.

Спектральный анализ показал, что системе UPM J1040−3551 от 300 млн до 2 млрд лет. Это даёт возможность точнее оценить характеристики входящих в неё коричневых карликов и использовать их как эталон при изучении подобных объектов в будущем. По мере появления более совершенных инструментов эта «калибровочная система» позволит значительно углубить понимание природы коричневых карликов — звёзд, которым так и не удалось зажечь в ядре термоядерный синтез.