Двенадцать лет астрономы не сводили глаз с пары тусклых объектов в туманности Ориона. Всё это время двойная система, спрятанная в одной из ближайших к нам звёздных колыбелей, размеренно подмигивала — и в этом ритме скрывался ключ к загадке, не дававшей покоя учёным десятилетиями. Впервые в истории удалось напрямую измерить массу коричневого карлика. Результаты не просто подтвердили теоретические выкладки — они преподнесли сюрприз, который пока не вписывается ни в одну модель.

Коричневые карлики — странные промежуточные объекты. Они рождаются, как звёзды: из сжимающихся под собственной тяжестью газопылевых облаков. Вещество разогревается, объект начинает светиться — правда, в основном в инфракрасном диапазоне. Но запустить термоядерную реакцию, которая заставляет сиять обычные звёзды, коричневому карлику не под силу. Ему просто не хватает массы. Всю свою долгую жизнь он питается лишь медленным гравитационным сжатием, постепенно остывая и угасая.

Где проходит граница

Теория очертила для коричневых карликов довольно чёткие рамки. Считается, что их масса лежит в диапазоне от 13 до 75 масс Юпитера — или, в более привычных астрономических единицах, от 1,3 до 7,2% массы Солнца. Верхний предел определён расчётами: если газа меньше 7% солнечной массы, температура и давление в ядре так и не достигнут значений, необходимых для термоядерного синтеза. Нижняя граница более условна. Объекты легче одного процента солнечной массы, по-видимому, уже не могут сформироваться самостоятельно при коллапсе межзвёздного облака. Такие миниатюрные тела рождаются только в протопланетных дисках вокруг более массивных звёзд — а это накладывает отпечаток на их химический состав и внутреннее строение, сближая с планетами.

Но все эти построения оставались чистой теорией. До 2006 года у астрономов не было ни одного надёжного прямого измерения массы коричневого карлика. Парадокс в том, что масса — самый фундаментальный параметр любого небесного тела, однако измерить её напрямую чрезвычайно трудно. Свет, который мы ловим телескопами, не несёт на себе бирки с указанием массы. Гравитация выдаёт себя только во взаимодействии с другими объектами.

Секрет подмигивающей пары

Идеальный полигон для взвешивания — двойная система. Когда два тела обращаются вокруг общего центра масс, они то приближаются к земному наблюдателю, то удаляются от него. Эффект Доплера позволяет вычислить период обращения и соотношение масс компонентов. Но чтобы получить абсолютные значения, нужно знать ещё один критический параметр: под каким углом к лучу зрения наклонена плоскость орбиты. В подавляющем большинстве случаев этот угол определить невозможно. Кроме одного счастливого исключения — затменно-переменных систем. Если орбита повёрнута к нам почти ребром, мы видим, как одна звезда периодически заслоняет другую, и общий блеск системы падает. Такое «подмигивание» означает, что плоскость орбиты практически совпадает с лучом зрения, и неопределённость с углом снимается.

Группе американских астрономов из Университета Вандербилта и Института космического телескопа (STScI) повезло: в туманности Ориона, удалённой примерно на 500 парсек, они обнаружили именно такую пару. Два коричневых карлика, обращаясь друг вокруг друга, регулярно устраивали затмения. Находка сулила прорыв — и учёные засели за многолетние наблюдения.

300 ночей, 1600 измерений

В охоту включились сразу несколько обсерваторий. Национальная обсерватория Китт-Пик, Американская военно-морская обсерватория, а также чилийские телескопы Сьерра-Тололо и «Джемини-Юг» — все они на протяжении 12 лет, ночь за ночью, следили за тусклой двойной системой. В общей сложности набралось 1600 наблюдений за 300 ночей. Этот колоссальный объём данных позволил с высокой точностью восстановить параметры орбит и, наконец, вычислить массы обоих компонентов.

Результаты, опубликованные при участии сотрудника Университета Висконсин-Мэдисон, оказались такими: более массивный карлик тянет на 5,4% массы Солнца (57 масс Юпитера), его компаньон — на 3,4% (36 масс Юпитера). Оба значения уверенно легли в предсказанный теорией диапазон. Но на этом сюрпризы не закончились.

Размеры и странный переворот

Кривые блеска во время затмений дали ещё один подарок — возможность измерить линейные размеры карликов. Радиус более массивного объекта оказался в шесть раз больше радиуса Юпитера, второго — в 4,6 раза. В пересчёте на солнечные величины это 67% и 51% радиуса Солнца соответственно. Несмотря на скромную массу, коричневые карлики по габаритам куда ближе к звёздам, чем к планетам.

Прямые измерения массы и размеров — огромный шаг для теоретиков. Теперь они получили опорные точки, чтобы калибровать модели и уточнять физические параметры других коричневых карликов по их излучению. Но именно здесь исследователей поджидал самый неожиданный результат.

У менее массивного карлика поверхность оказалась горячее, чем у его более тяжёлого соседа. Такого не предсказывала ни одна модель. Для обычных звёзд главной последовательности правило железное: чем массивнее, тем горячее. Почему оно нарушилось здесь — загадка. Теоретики пока не спешат признавать в этом проявление какого-то неизвестного закона и склонны искать объяснение в особенностях именно этой конкретной пары. Возможно, разгадка кроется в их истории — например, в разнице возраста. Кстати, мы уже писали, что в двойных системах туманности Ориона звёзды-близнецы могут иметь разный возраст, и это ставит под сомнение привычные сценарии формирования.

Как бы то ни было, одно можно утверждать точно: секрет, который 12 лет хранила подмигивающая пара в Орионе, перестал быть тайной для двоих. Теперь о нём знает весь мир — и это знание уже заставляет переписывать учебники астрофизики.