Объект Торна — Житков как физическая гипотеза

Считают, что объект Торна – Житков появляется при эволюции двойных звезд.

Возникновение объекта Торна – Житков

Согласно данным астрономических наблюдений известно, что более пятидесяти процентов всех звезд входит в двойные и кратные системы. Если основываться на процессе возникновения звезд в результате гравитационной неустойчивости в холодных молекулярных облаках данный факт является понятным. Поскольку строго сферически – симметричная ситуация - это идеализация. К одновременному образованию нескольких центров конденсации при сжатии протозвездных облаков приводят:

• имеющиеся вращающиеся магнитные поля;
• неоднородности в плотности вещества объектов.

Эволюция звезд в двойных системах отличается от эволюции одиночных звезд, если приливное влияние соседнего компонента значимо.

Приливное ускорение, которое создается возмущающей массой $M_2$ на поверхности звезды с массой $M_1$ и радиусом $R$ с расстояния $l$ приблизительно равно:

$|a| \sim R\frac{d}{dl}(\frac{\gamma M_2}{l^2})=\frac{2\gamma M_2 R}{l^3}(1)$.

Если звезды находятся на малых расстояниях, то есть выполняется условие:

$ l \leq R ( \sqrt[\frac{1}{3}]{\frac{2M_2}{M_1}}),$

то приливные силы существенно искажают форму поверхности звезды $M_1$ и приводят к возникновению нового явления, которое отсутствует у одиночных звезд или компонент широких звездных пар, которое называется перетекание вещества с одной звезды на вторую.

Рассмотрим эволюцию двух массивных ОВ – звезд на круговой орбите. Для возникновения на поздних стадиях эволюции звезд обмена массами, радиус относительной орбитальной системы должен быть менее 1000 а.е. Допустим, что массы звезд велики и в начале $M_1$ > $M_2$.

Эволюцию звездной системы можно представить следующими этапами:

1. Каждая из звезд ОВ – звезды находится в своей полости Роша. Длительность данной стадии определена временем жизни более массивной части звездной системы на главной последовательности (примерно несколько млн. лет). В течении этого времени в нем происходит формирование невырожденного гелиевого ядра массой около $0,1 (\frac{M_1}{M_c})^{1,4}M_c$. Количество таких массивных двойных звезд в Галактике порядка нескольких десятков тысяч.
2. После того, как запасы водорода в ядре первичного компонента исчерпаны, радиус этой части звездной системы быстро растет. Звезда с главной последовательности переходит в состав красных сверхгигантов. При достижении радиуса звезды размеров полости Роша начинается перетекание вещества на вторичный компонент, который до сих пор находился на главной последовательности. Скорость перетекания определяет тепловая шкала сверхгиганта. Длительность данной стадии порядка нескольких десятков тысяч лет. Обмен масс заканчивается, когда большая часть водородной оболочки части $M_1$ перетечет на звезду $M_2$. Лишенная водородной оболочки первая часть звезды становится невырожденной гелиевой звездой с $С-О$ ядром. Если ее масса больше семи – восьми масс Солнца, то ее можно наблюдать как горячую звезду Вольфа – Райе ($WR$), обладающую мощным звездным ветром. Если обмен массами происходил с сохранением массы системы, то масса второго компонента звездной системы растет так, что может превысить массу гелиевого остатка от первой звезды до начала перетекания массы. Так происходит смена родителя.
3. Длительность стадии $WR$+ ОВ определяет время эволюции звезды Вольфа – Райе. Это время превращения гелия в углерод в ядре этой звезды (порядка $10^5$ лет).
4. По окончании термоядерной эволюции ядро звезды Вольфа-Райе коллапсирует с образованием нейтронной звезды или черной дыры. Коллапс ядра сопровождает взрыв сверхновой. При взрыве сверхновой возможен распад двойной системы на отдельные компоненты, если сброшенная при взрыве масса больше одной второй массы двойной системы на момент взрыва (или меньше, но взрыв происходил несимметрично). Если при взрыве распада двойной системы не было, то ее составляющие должны перемещаться по очень вытянутым орбитам. В соответствии с законом сохранения импульса неподвижный до взрыва центр масс системы станет двигаться со скоростью, которая может быть сотни километров в секунду.
5. Уцелевшая во взрыве сверхновой двойная система состоит из звезды класса Ве, которая совершает вращение с большой скоростью, и нейтронной звезды. Быстрое вращение Ве – звезды объясняется аккрецией большого количества вещества с большим моментом импульса на стадии обмена массами. При прохождении нейтронной звездой периастра орбиты создаются самые благоприятные условия для гравитационного захвата нейтронной звездой вещества, которое истекает от Ве – звезды в виде звездного ветра.
6. Вторичный компонент постепенно расширяется, при этом нейтронная звезда попадает вовнутрь красного сверхгиганта. Вокруг ядра сверхгиганта и нейтронной звезды образовывается общая оболочка. Внутри этой оболочки нейтронная звезда быстро перемещается по спиральной орбите в направлении ядра. Орбитальный момент импульса при этом передается оболочке, что может приводить к ее динамическому сбросу. Если сброс происходит, то в центре остается высокотемпературное ядро из гелия в паре с нейтронной звездой, находятся на тесной круговой орбите. Гипотетически возможен вариант, при котором нейтронная звезда попадает внутрь ядра, а оболочка не успевает сброситься. Тогда возникает объект Торна – Житковой. По сути – это нейтронная звезда, окруженная плотной оболочкой с большой площадью поверхности. Эволюция объектов Торна – Житковой исследована слабо. Скорее всего, конечным продуктом эволюции этого звездного объекта будет одиночная нейтронная звезда большой массы или черная дыра.

Допускают, что объект Торна – Житковой может образовываться при столкновении нейтронной звезды с:

• красным гигантом,
• сверхгигантом.

Характеристики звездного объекта

Объект Торна – Житков обладает высокой скоростью в пространстве и имеет большие высоты над плоскостью Галактики, так как они возникли в двойной системе, которая испытала взрыв сверхновой.

Объекты Торна – Житков должны визуально существенно отличаться от звезд Вольфа – Райе. Так, они должны быть абсолютно конвективными красными сверхгигантами. Считается, что внешне они похожи на красный гигант Бетельгейзе, но обладает своеобразными химическими маркерами, которые возникают из-за специальных химических реакций.

Темп формирования объекта Торна – Житков предполагают равным $\frac{1}{500} - \frac{1}{1000}$ за один год в нашей Галактике.

• Если данный объект получается при слиянии красного гиганта с нейтронной звездой, то его масса составляет $10-15$ масс Солнца плюс примерно 1,4 массы Солнца (Масса нейтронной звезды).
• Если объект Торна – Житков это сверхгигант + нейтронная звезда, то его радиус составит несколько астрономических единиц, температура его невысока, светимость составляет $10^5$ солнечных светимостей.

Объект Торна – Житков имеет оболочку и ядро в виде нейтронной звезды.

Процесс излучения в рассматриваемых объектах идет за счет огромной энергетики нейтронной звезды.

Поиски объекта Торна – Житков

Было несколько предложений на роль объекта Торна – Житков, но подтверждения не получилось.

В 2014 году в Магеллановых облаках (Галактиках, которые являются спутниками Млечного Пути) заметили звезду $HV 2112$ в малом Магеллановым облаке, которая имеет необычный спектр. Сравнивая количество молибдена, рубидия и лития в спектре этой звезды с количеством, которое должны иметь красные сверхгиганты, ученые сделали вывод о том, что оно существенно выше. Принимая во внимание:

• концентрации названных веществ,
• температуру объекта

получается, что ученые первый раз наблюдают объект Торна – Житков.

Следует отметить, что расхождения модели объекта Торна – Житков и результатов исследования параметров звезды $HV 2112$ имеются, но руководитель группы ученых, обнаруживших звезду доктор Левеск, считает, что имеющаяся модель требует уточнения.