Как близко друг к другу могут быть звезды?

Мы привыкли считать, что звёзды находятся от нас ужасно далеко. К примеру расстояние до ближайшей к Солнцу звезды — Проксимы Центавра чуть больше 4 световых лет, что близко к среднему расстоянию между звёздами в нашей галактике. Недавно меня спросили:

Бывает ли так, что звёзды находятся очень близко друг к другу, как например планеты в солнечной системе.

Что же, давайте разберёмся в этом вместе.

Кратные звёзды

В нашей системе есть только одна звезда — Солнце. Вокруг неё вращаются все остальные небесные тела: планеты, астероиды, кометы и т.п. Но существует много систем в которых есть не одна, а сразу две, три и даже больше звёзд. Такие звёздные системы называются кратными. К примеру одна из ярчайших звёзд ночного неба — система Альфа Центавра является тройной звездой. Большинство кратных звёзд — двойные, но встречаются и системы состоящие из пяти, шести и даже семи компонентов (например Ню Скорпиона).

Тройная система Альфа Центавра. Альфа Центавра A и B находятся так близко, что выглядят как одна звезда. Проксима Центавра — маленькая красная точка в отдалении (обведена белым кружком)

Расстояния между компонентами кратных систем значительно меньше, чем расстояния между звёздными системами. Например в системе Альфа Центавра расстояние между двумя главными компонентами системы — составляет в среднем 23.4 а.е. что немного ближе, чем расстояние от Солнца до Нептуна. А вот третья звезда — Проксима Центавра находится от остальных на расстоянии почти 0.2 светового года, что в 270 раз больше расстояния между Солнцем и Плутоном!

Тесные двойные системы

В некоторых двойных системах звёзды находятся так близко друг к другу, что их поверхности могут соприкасаться и между звёздами идёт активный обмен веществом.

VFTS 352 — тесная двойная система в созвездии Золотой Рыбы в представлении художника

Вокруг звёзд в двойных системах существует регион называемый полость Роша. Материя находящаяся внутри этого региона гравитационно связанна со звездой. В ходе эволюции звёзды теряют массу и их полость Роша постепенно уменьшается.

Схематичное изображение переменной звезды типа W в созвездии Большой Медведицы

В тесных двойных системах границы полостей Роша обеих звёзд находятся внутри самих звёзд, в результате чего внешние слои звёздного вещества образуют одну общую оболочку и перетекают от одной звезды к другой через точку Лагранжа L1.

Переменная типа W Большой Медведицы в представлении художника

Может показаться, что такие контактные звёзды должны быстро слиться в одну, но на самом деле такие системы довольно стабильны и могут просуществовать миллиарды лет.

В тесных двойных системах звёзды фактически соприкасаются, но тем не менее ядра звёзд все еще могут быть на значительном расстоянии друг от друга. Так в системе VFTS 352 расстояние между ядрами звёзд составляет 12 миллионов километров. Это в 31 раз больше расстояния от Земли до Луны!

Самое маленькое расстояние между звёздами наблюдается у звезды CC Волос Вероники. В этой тесной двойной системе расстояние между звёздами составляет всего 1.63 радиуса Солнца, т.е. 2.26 млн. км.

Объект Торна-Житков

Казалось бы, что может быть еще ближе, но... может. Встречайте — объект Торна-Житков. Это объект представляющий собой звезду — красного гиганта с нейтронной звездой внутри! Одна звезда находится внутри другой – куда уж ближе!

Объект Торна-Житков был впервые предложен в качестве гипотезы американским физиком Кипом Торном (тем самым, который недавно получил нобелевку за открытие гравитационных волн, а также был научным консультантом фильма «Интерстеллар») и польским астрофизиком Анной Житков в 1976-м году.

Такой объект может сформироваться двумя способами. Первый способ заключается в столкновении красного гиганта с блуждающей нейтронной звездой, но такие столкновения случаются крайне редко, поэтому на практике объекты Торна-Житков образованные таким способом должны составлять ничтожную долю всех таких объектов.

Второй способ состоит в формировании нейтронной звезды из одного из компонентов двойной системы и последующим их слиянием. Объекты Торна-Житков крайне редки во-первых из-за уникальности условий необходимых для их возникновения, а во-вторых из-за их относительной недолговечности.

HV 2112 — потенциальный кандидат на звание объекта Торна-Житков в представлении художника.

Нейтронная звезда находящаяся внутри постоянно поглощает вещество красного гиганта как бы поедая его изнутри и за короткий по астрономическим меркам срок (от 100 тыс до миллиона лет) происходит их полное слияние.

На данный момент не обнаружено ни одного достоверно подтверждённого объекта Торна-Житков, хотя есть несколько кандидатов на эту роль, например HV 2112 — сверхгигант в созвездии Тукана.

Авторы: кандидат технических наук Александр Петров, астрофизик Фёдор Карасенко