Примерно в 1350 световых годах от Земли находится звезда TOI‑2155. Звезда немного больше, тяжелее и горячее Солнца, поэтому сама по себе она не является чем-то необычным. Что действительно выделяется, так это меньший объект, вращающийся вокруг нее, TOI-2155b. О его существовании можно судить только путем наблюдения тонких изменений в свете звезды, когда она проходит перед своей родительской звездой.
Что такое TOI‑2155b? Это «мини-звезда», гигантская планета или что-то особенное между ними? Как описано в недавней статье, опубликованной в «Астрономическом журнале», исследователи еще не уверены, достаточно ли TOI-2155b хороша, чтобы называться звездой, но ясно то, что она находится на очень интересной границе: между «настоящими звездами», которые могут зажигать и поддерживать термоядерный синтез водорода и сиять во Вселенной, и теми коричневыми карликами, которые не могут зажечь устойчивый синтез водорода и называются «неудавшимися звездами».
Как звезды «терпят неудачу»
Звезды возникают из огромных газовых облаков в космосе. Итак, насколько большим и тяжелым должно быть газовое облако, чтобы наконец стать звездой? Звучит как простой вопрос, но он вызывает дебаты в астрономическом сообществе на протяжении десятилетий.
Это происходит потому, что внутри звезды только тогда, когда давление, вызванное гравитацией, достаточно велико, чтобы позволить атомам водорода непрерывно сливаться с атомами гелия, звезда может непрерывно производить интенсивное тепло и свет, что также является наиболее важной особенностью звезд. Если масса небесного тела недостаточно велика, внутреннего давления недостаточно для поддержания такого типа термоядерного синтеза в течение длительного времени или термоядерный синтез водорода не может реально «запуститься» по другим причинам, то эта масса газа станет «неудавшейся звездой», то есть коричневым карликом. Такие объекты будут относительно горячими на ранних стадиях своего существования, но из-за отсутствия устойчивого синтеза водорода излучение будет постепенно ослабевать, а температура поверхности будет медленно падать, оставляя лишь слабое инфракрасное излучение.
Чтобы выяснить, какие газовые облака станут настоящими звездами, а какие останутся в стадии коричневых карликов, астрофизикам придется искать образцы «переходной зоны» — самых тяжелых коричневых карликов и самых легких звезд. TOI-2155b является ключевым примером этого: его масса примерно в 80,6 раз больше массы Юпитера, что почти на теоретически критической границе.
Границы качества не являются «безупречно чистыми»
Научно-исследовательская группа объединила данные наблюдений со спутника НАСА TESS (Транзитный спутник для исследования экзопланет) и наблюдения с нескольких наземных телескопов по всему миру, чтобы точно измерить объем и массу TOI-2155b. Результаты показали, что объект был почти такого же размера, как Юпитер, но примерно в 80 раз массивнее.
Интуитивно можно было бы надеяться, что существует очень четкий «массовый порог». При превышении этого значения небесное тело «превратится» из планеты или коричневого карлика в звезду. Однако, как и многие границы в природе, реальность не имеет четкой разделительной линии. Традиционная теория полагала, что массовая граница между планетами, коричневыми карликами и звездами примерно в 75–80 раз превышает массу Юпитера. Однако новейшие теоретические модели показывают, что эта трансформация определяется не только качеством как единым фактором, но также зависит от многих других параметров.
Исследования показывают, что возраст небесного тела, химический состав и даже свойства его атмосферы влияют на то, сможет ли оно инициировать и поддерживать синтез водорода. Вот почему астрономы до сих пор расходятся во мнениях относительно того, где именно следует провести массовую границу между коричневыми карликами и звездами. На этом фоне TOI-2155b, находящийся в критической области, особенно важен, предоставляя ценную возможность проверить «тонкие различия» между теорией и наблюдениями.
Крайне редкий «переходный объект»
Согласно текущим наблюдениям, TOI-2155b может быть одним из самых массивных коричневых карликов, когда-либо обнаруженных, или одним из наименее массивных. Число известных объектов в этой узкой области перехода массы очень ограничено, что делает TOI-2155b чрезвычайно ценным объектом для изучения границы между коричневыми карликами и звездами. В развитии астрономии многие ключевые достижения были достигнуты благодаря углубленным исследованиям самых редких и особенных небесных объектов, и ожидается, что TOI-2155b станет одним из таких «образцов».
Конечно, ни один объект не может дать окончательный ответ на вопрос о границе между коричневыми карликами и звездами. Только после того, как в будущем будут обнаружены новые небесные тела с аналогичными массами, расположенные в переходной зоне, и на них будут проведены высокоточные измерения и долгосрочные трекинговые наблюдения, ученые смогут продолжить оптимизацию существующих теоретических моделей. К тому времени мы, возможно, сможем более четко описать условия, при которых звезды зажигаются и продолжают гореть в течение миллиардов лет, и мы сможем лучше понять, как эти «звездные двигатели» сформировали Вселенную такой, какая она есть сегодня.