Przestrzeń kosmiczna skrywa przed nami jeszcze wiele tajemnic i zaskoczeń. Przekonali się o tym astronomowie, którzy odkryli właśnie rekordowy układ dwóch gwiazd, które okrążają wspólny środek masy po tak ciasnych orbitach, że cały ten układ zmieściłby się wewnątrz… Słońca.
Rzeczony układ skatalogowany pod numerem ZTF J2020+5033 znajduje się zaledwie 457 lat świetlnych stąd i składa się z brązowego karła o dużej masie i czerwonego karła o małej masie, które krążą wokół siebie, okrążając się nawzajem w czasie zaledwie 1,9 godziny. To najbliższa orbita, na której dotychczas znaleziono brązowego karła. Odległość między oboma obiektami jest mniejsza niż połowa promienia Słońca.
W ciasnych układach podwójnych z innymi małymi gwiazdami jak dotąd nie odkrywano zbyt wiele brązowych karłów. Według zespołu kierowanego przez astrofizyka Kareema El-Badry’ego z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ZTF J2020+5033 może dostarczyć nam wyjaśnienia tego fenomenu.
Technicznie rzecz biorąc, brązowe karły nie mieszczą się w definicji gwiazd. Zamiast tego znajdują się w szarej strefie między małymi gwiazdami a masywnymi planetami. Przy masie od 13 do 80 mas Jowisza, są wystarczająco masywne, aby w ich jądrze dochodziło do syntezy deuteru, ale niewystarczająco masywne, aby dochodziło tam do syntezy wodoru, która napędza pełnoprawne gwiazdy.
Ponieważ są raczej małe i niezbyt jasne, trudno je dostrzec. Wiemy o około 5000 brązowych karłach w Drodze Mlecznej, a większość z nich jest całkowicie samotna i nie należy do żadnego układu podwójnego czy asocjacji gwiazd. Tylko około 1 procent gwiazd podobnych do Słońca i gwiazd o mniejszej masie znajduje się w układach podwójnych z brązowymi karłami w obrębie kilku jednostek astronomicznych.
Mimo to, astronomowie poszukują takich układów podwójnych. Brązowe karły w układzie podwójnym z gwiazdą umożliwiają nam pomiary ich parametrów, a tym samym lepsze zrozumienie procesu ich powstawania i ewolucji.
El-Badry i jego koledzy szukali układów podwójnych o małej masie, które mogą obejmować brązowego karła, w danych z przeglądu Zwicky Transient Facility. Po odkryciu układu ZTF J2020+5033 naukowcy przyjrzeli mu się dokładniej za pomocą innych instrumentów, w tym teleskopu Gaia. Dzięki temu udało się precyzyjnie ustalić położenie i rozmiary układu.
Czerwony karzeł układu jest również stosunkowo mały – zaledwie 17,6 procent promienia i 13,4 procent masy Słońca.
Z drugiej strony brązowy karzeł znajduje się dokładnie na granicy górnej granicy masy dla tych enigmatycznych obiektów: ma mniej więcej promień Jowisza, ale ma masę 80,1 razy większą od niego.
Inne cechy układu wskazują, że oba obiekty są również dość stare, co rodzi pytania o to, jak znalazły się w obecnym położeniu. El-Badry i jego współpracownicy uważają, że oba obiekty były kiedyś znacznie większe, niż są aktualnie, co sugeruje, że kiedyś znajdowały się co najmniej 5 razy dalej od siebie.
Kiedy materia wywiewana jest z gwiazdy, jest ona spowalniana przez jej pole magnetyczne, zanim ostatecznie ucieknie. Tak jak obracający się łyżwiarz spowalnia, wyciągając ramiona, tak rozkład masy spowalnia obrót gwiazdy, co w przypadku układów podwójnych zacieśnia orbitę. Biorąc pod uwagę ciasną orbitę w tym układzie podwójnym, takie „hamowanie magnetyczne” wydaje się być skutecznym procesem, nawet w przypadku gwiazd o małej masie i brązowych karłów.
Oznacza to także, że w przyszłości orbita ZTF J2020+5033 powinna nadal się kurczyć. Chociaż jest mniejszy i mniej masywny niż czerwony karzeł, brązowy karzeł ma nieco większą grawitację powierzchniową; to z kolei oznacza, że brązowy karzeł zacznie kraść materię z czerwonego karła, gdy zaczną się do siebie zbliżać.
Jeśli hamowanie magnetyczne odgrywa rolę w zacieśnianiu orbity, ten transfer masy powinien rozpocząć się w ciągu najbliższych kilkudziesięciu milionów lat. Odkrycie układu tak blisko nas, sugeruje, że te ciasne, niskomasywne układy podwójne są stosunkowo powszechne. Mogliśmy po prostu nie znaleźć wielu, ponieważ są zbyt ciemne. Możliwe, że teleskopy nowej generacji będą nam w stanie wkrótce pokazać ich znacznie więcej.