Об'єкт Торна — Житков

Об'єкт Торна — Житков (англ. Thorne–Żytkow object, TŻO) — це гіпотетична зоря у гідростатичній рівновазі, у ядрі якої розташована нейтронна зоря. Назву об'єкт отримав за прізвищами астрономів Кіпа Торна та Анни Житков, які вперше описали такі зорі.

Теорії формування

Нейтронні зорі утворюються переважно в результаті вибуху наднових, коли зовнішня оболонка зорі-попередника викидається у міжзоряне середовище. Тому об'єкти Торна — Житков формуються не з однієї зорі, а лише за певних умов у подвійних зоряних системах. Астрономи припускають чотири канали формування таких об'єктів:

• Червоний гігант розширюється настільки сильно, що поглинає орбіту нейтронної зорі спільною оболонкою. За рахунок тертя нейтронна зоря уповільнює рух і падає до ядра червоного гіганта, витісняючи його. Однак, ймовірно, за рахунок акреції нейтронна зоря утворить такі сильні релятивістські струмені, що червоний гігант буде зруйновано задовго до злиття.
• Зіткнення нейтронної зорі з масивною зорею на головній послідовності у зоряному кластері високої щільності.
• Несиметричний вибух наднової швидко «заганяє» новонароджену нейтронну зорю у її компонент у подвійній зоряній системі.
• За рахунок обміну речовиною зменшується орбіта у рентгенівській подвійній зорі, яка складається з блакитного надгіганта та нейтронної зорі, до моменту, коли компактна зоря не потрапляє в атмосферу надгіганта.

За ще однією з теорій, злиття нейтронної зорі та білого карлика може утворити об'єкт Торна — Житков із характеристиками змінної типу R Північної Корони.

Теоретичні характеристики та пошук кандидатів

Об'єкти Торна — Житков можуть бути червоними гігантами або надгігантами з особливими характеристиками. Через наявність у ядрі такого об'єкта нейтронної зорі, яка має дуже високу температуру — понад 10⁹ K (гарячіше за ядра всіх зір, крім наймасивніших), об'єкт підтримується або ядерним синтезом акретуючого газу, або його стисканням гравітацією нейтронної зорі, і всередині нього можуть відбуватися незвичайні термоядерні реакції. Вважається, що в результаті таких реакцій з ядерного горіння водню може утворюватись інша суміш ізотопів, ніж при звичайному зоряному нуклеосинтезі, утворюються великі кількості літію та елементів з R-процесу та P-процесу. Утім, неясно, чи переноситимуться такі елементи на поверхню зорі, де їх можна було б спостерігати. Деякі астрономи припускають, що Rp-процес, який трапляється під час спалахів рентгенівського випромінювання, також відбувається і всередині об'єктів Торна — Житков.

Теоретичні симуляції дають змогу припустити, що об'єкт Торна — Житков може еволюціонувати у джерело м'яких повторюваних гамма-сплесків або нестандартний рентгенівський пульсар. Водночас спалахи цієї вибухової зорі викликатимуться періодичною акрецією з диску, сформованого з раніше скинутої оболонки (англ. Fallback Disk) червоного гіганта.

Крім того, об'єкт Торна — Житков може еволюціонувати у багату на азот зорю Вольфа — Райє типу WN8. Передбачається, що такі особливі зорі Вольфа — Райє утворюються з червоних гігантів, у яких додаткові ядерні реакції, а також випущена потенціальна енергія здатні вивільнили стільки енергії, що потужний зоряний вітер усуває багаті воднем зовнішні шари атмосфери червоного гіганта.

Тривалість життя об'єкта Торна — Житков, імовірно, дуже коротка — до моменту поки нейтронна зоря завершить акретувати речовину колишнього ядра гостьової зорі і, перетнувши межу Оппенгеймера — Волкова, колапсує в чорну діру. Кількість об'єктів Торна — Житков у Чумацькому Шляху оцінюється у 20—200 зір, за припущення про тривалість життя у 100 000 — 1 000 000 років.

Жодних зір, які наукова більшість визнала б об'єктами Торна — Житков, досі не знайдено. Серед червоних гігантів кандидатами є зорі OH359.762+0.120 та U Водолія з незвичайною хімічною частотою ізотопів ²⁹Si та ³⁰Si. Однак існують моделі еволюції зір, у яких такі хімічні характеристики можуть існувати без утворення об'єкта Торна — Житков. Альтернативні пояснення до визнання зорі об'єктом Торна — Житков існують і для зорі HV 2112 з незвичним хімічним складом — такий склад можна пояснити консервативною моделлю, що складається з над-AGB-зорі і збагачення її елементами при вибуху поруч наднової з колапсом ядра.

Припускається, що альтернативний доказ народження об'єкта Торна — Житков можна отримати з гравітаційних хвиль: під час народження такого об'єкта повинні випромінюватися хвилі з частотами між 10⁻⁵ та 0,1 Гц, з амплітудою, яка може бути зареєстрована сучасними детекторами гравітаційних хвиль у радіусі 10 парсек. Однак це означатиме доказовий результат лише раз на 500 років.

Примітки

1. Thorne, K. S.; Zytkow, A. N. (1975). Red giants and supergiants with degenerate neutron cores. ApJ 199 (2). с. L19–L24. 
2. X. W. Liu, R. X. Xu, G. J. Qiao, J. L. Han, Z. W. Han: The extremely long period X-ray source in RCW 103: a descendant of Thorne-Zytkow Object?. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2012 (arXiv:1207.4867v1).
3. Oded Papish, Noam Soker, Inbal Bukay: Ejecting the envelope of red supergiant stars with jets launched by an inspiraling neutron star. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2014 (arXiv:1309.3925v3).
4. Vanture, Andrew; Zucker, Daniel; Wallerstein, George (April 1999). U Aquarii a Thorne–Żytkow Object?. The Astrophysical Journal 514 (2): 932–938. Bibcode:1999ApJ...514..932V. doi:10.1086/306956. 
5. Eich, Chris; Zimmerman, Mark; Thorne, Kip; Żytkow, Anna N. (November 1989). Giant and supergiant stars with degenerate neutron cores. The Astrophysical Journal 346 (1): 277–283. Bibcode:1989ApJ...346..277E. doi:10.1086/168008. 
6. Cannon, Robert; Eggleton, Peter; Żytkow, Anna N.; Podsialowsky, Philip (February 1992). The structure and evolution of Thorne-Zytkow objects. The Astrophysical Journal 386 (1): 206–214. Bibcode:1992ApJ...386..206C. doi:10.1086/171006. 
7. Kuchner, M. J., Vakil, D., Smith, V. V., Lambert, D. L., Plez, B., & Phinney, E. S.: A Spectroscopic Search for Massive Thorne-Zytkow Objects. In: Stellar Collisions, Mergers and their Consequences, ASP Conference Proceedings, Vol. 263. Edited by Michael M. Shara.. 263, 2002, ISBN 1-58381-103-6, S. 131.
8. Cannon, Robert (August 1993). Massive Thorne–Żytkow Objects – Structure and Nucleosynthesis. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 263 (4): 817. Bibcode:1993MNRAS.263..817C. doi:10.1093/mnras/263.4.817. 
9. Jing Wang, Hsiang-Kuang Chang: Neutron star high mass binaries as the origin of SGR/AXP. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2013 (arXiv:1307.5391v1).
10. Foellmi, C. & Moffat, A. F. J.: Are Peculiar Wolf-Rayet Stars of Type WN8 Thorne-Zytkow Objects?. In: Stellar Collisions, Mergers and their Consequences, ASP Conference Proceedings, Vol. 263. Edited by Michael M. Shara.. 263, 2002, ISBN 1-58381-103-6, S. A123.
11. Podsiadlowski, P., Cannon, R. C., & Rees, M. J.: The evolution and final fate of massive Thorne-Zytkow objects. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 274, 1995, S. 485-490.
12. van Paradijs, J., Spruit, H. C., van Langevelde, H. J., & Waters, L. B. F. M. (1995). Strategies for detecting Thorne-Zytkow objects. A&A 303. с. L25. 
13. Vanture, A.: Is U AQR a Thorne-Zytkow Object?. In: News Letter of the Astronomical Society of New York. 4, 1995, S. 6.
14. Christopher A. Tout, Anna N. Zytkow, Ross P. Church, Herbert H. B. Lau: HV2112, a Thorne-Zytkow Object or a Super Asymptotic Giant Branch Star. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2014 (arXiv:1406.6064v1).
15. Efrat Sabach, Noam Soker: A super asymptotic giant branch star enriched with calcium by a supernova as the origin of HV2112, rather than a Thorne-Zytkow Object. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2014 (arXiv:1410.1713v1).
16. S.N. Nazin, K.A. Postnov (1995). Gravitational Radiation during Thorne-Zytkow object. A&A 303. с. 789.