Астрометричні дані європейського космічного супутника «Гайя» (Gaia) призвели астрономів до відкриття компактного об'єкта з позначенням J0008+0128, розташованого на відстані кількох тисяч світлових років від Землі. Орієнтовний розмір цього об'єкта становить близько 20 кілометрів, що робить його невидимим для прямого спостереження з такої відстані. Дослідження ґрунтується на спільному аналізі спектроскопічних та астрометричних даних, а ключову роль у визначенні параметрів відіграв гравітаційний партнер об'єкта — червоний гігант, спостереження за яким не викликає труднощів. За даними оглядів LAMOST та SDSS/APOGEE, а також спостережень телескопа Північної оптичної обсерваторії (NOT), вдалося виміряти променеву швидкість червоного гіганта, а астрометричні вимірювання Gaia дозволили визначити параметри орбіти системи. Аналіз спектрів високої роздільної здатності підтвердив відсутність спектральних ліній другої зорі, що стало переконливим свідченням присутності невидимого компактного об'єкта.
Параметри, що не вписуються в стандартні моделі
Масу червоного гіганта оцінено в діапазоні від 1,2 до 2,7 маси Сонця, а для невидимого компаньйона отримано діапазон від 1,8 до 2,8 сонячної маси. Орбітальний період системи становить приблизно 1220 діб за ексцентриситету близько 0,1, що вказує на порівняно близьку до кругової орбіту. Критично важливим є те, що орбіта занадто велика, щоб надмасивний компактний об'єкт міг перетягнути на себе частину маси компаньйона та вирости до виміряних розмірів. Саме поєднання великої маси компактного об'єкта та значної відстані між компонентами робить систему J0008+0128 аномальною в межах сучасних теорій еволюції зір.
Тисячі симуляцій не дали відповіді
Автори дослідження перевірили можливі сценарії еволюції системи за допомогою тисяч комп'ютерних симуляцій, включно з моделями еволюції подвійних зір POSYDON. Жодна з проведених моделей не змогла відтворити спостережувані фізичні та орбітальні характеристики J0008+0128. Якщо компаньйон справді є нейтронною зіркою, то він належить до винятково масивних представників цього класу, які досі не спостерігалися в природі й не відтворюються в теоретичних моделях. Об'єкт буквально не вкладається в рамки сучасних уявлень про еволюцію зіркових систем.
Гіпотези та перспективи
Дослідники розглядають кілька робочих гіпотез. Перша припускає утворення незвичайно масивної нейтронної зорі безпосередньо під час вибуху наднової. Друга припускає існування в минулому потрійної системи, в якій два внутрішні компоненти згодом злилися — це могло бути злиття нейтронної зорі зі звичайною зіркою або двох нейтронних зір. Уточнення параметрів об'єкта, якщо він справді є надмасивною нейтронною зіркою, дозволить отримати низку обмежень для визначення межі між нейтронними зорями та чорними дірами, а також краще зрозуміти відмінності між вибухами наднових, що закінчуються утворенням того чи іншого типу компактного залишку.
Значення для астрофізики
Якщо J0008+0128 підтвердиться як нейтронна зоря, нові дані дадуть уявлення про щільність її речовини та здатність протистояти гравітаційному колапсу з перетворенням на чорну діру. Для вперше виявленого надмасивного об'єкта в категорії зіркових залишків це стане справжнім відкриттям, здатним просунути розуміння Вселенной і, що не виключено, призвести до відкриття нових фізичних явищ за межами наявних теоретичних рамок.
