infos.ro

Astronomii descoperă un rar binar „văduvă neagră”, cu cea mai scurtă orbită de până acum | Știri MIT

Jennifer Chu | MIT News Office,news.mit.edu

Sclipirea unei stele din apropiere i-a atras pe astronomii MIT către un sistem nou și misterios la 3.000 de ani lumină de Pământ. Ciudățenia stelară pare a fi un nou „binar văduvă neagră” – o stea neutronică care se învârte rapid, sau pulsar, care se învârte și consumă încet o stea însoțitoare mai mică, așa cum o face cu omonima sa arahnidă partenerului său.

Astronomii cunosc aproximativ două duzini de binaruri văduve negre în Calea Lactee. Acest cel mai nou candidat, numit ZTF J1406+1222, are cea mai scurtă perioadă orbitală identificată până acum, cu pulsarul și steaua însoțitoare înconjurându-se reciproc la fiecare 62 de minute. Sistemul este unic prin faptul că pare să găzduiască o a treia stea, îndepărtată, care orbitează în jurul celor două stele interioare la fiecare 10.000 de ani.

Această probabilă văduvă neagră triplă ridică întrebări despre cum s-ar fi putut forma un astfel de sistem. Pe baza observațiilor sale, echipa MIT propune o poveste de origine: ca și în cazul majorității binarelor văduvei negre, sistemul triplu a apărut probabil dintr-o constelație densă de stele vechi cunoscută sub numele de cluster globular. Este posibil ca acest cluster să fi plutit în centrul Căii Lactee, unde gravitația găurii negre centrale a fost suficientă pentru a desprinde clusterul, lăsând intactă văduva neagră triplă.

„Este un scenariu complicat de naștere”, spune Kevin Burdge, bursier postdoctoral Pappalardo la Departamentul de Fizică al MIT. „Acest sistem probabil plutește în Calea Lactee de mai mult decât a fost soarele.”

Burdge este autorul unui studiu care apare astăzi în Natură care detaliază descoperirea echipei. Cercetătorii au folosit o nouă abordare pentru a detecta sistemul triplu. În timp ce majoritatea binarelor de văduvă neagră sunt găsite prin radiațiile gamma și de raze X emise de pulsarul central, echipa a folosit lumina vizibilă, și în special fulgerul de la steaua însoțitoare a binarei, pentru a detecta ZTF J1406+1222.

„Acest sistem este cu adevărat unic în ceea ce privește văduvele negre, pentru că l-am găsit cu lumină vizibilă și datorită însoțitorului său larg și faptului că provine din centrul galactic”, spune Burdge. „Sunt încă multe lucruri pe care nu le înțelegem despre asta. Dar avem un nou mod de a căuta aceste sisteme pe cer.”

Co-autorii studiului sunt colaboratori din mai multe instituții, inclusiv Universitatea din Warwick, Caltech, Universitatea din Washington, Universitatea McGill și Universitatea din Maryland.

Zi și noapte

Binarele Black Widow sunt alimentate de pulsari – stele neutronice care se rotesc rapid, care sunt nucleele prăbușite ale stelelor masive. Pulsarii au o perioadă de rotație amețitoare, rotindu-se la fiecare câteva milisecunde și emițând fulgere de raze X și gamma de înaltă energie în acest proces.

În mod normal, pulsarii se rotesc în jos și mor rapid în timp ce ard o cantitate imensă de energie. Dar din când în când, o stea care trece poate da o nouă viață unui pulsar. Pe măsură ce o stea se apropie, gravitația pulsarului trage material de pe stea, ceea ce oferă energie nouă pentru a învârti pulsarul înapoi. Pulsarul „reciclat” începe apoi să reradieze energie care dezbrăcă în continuare steaua și, în cele din urmă, o distruge.

„Aceste sisteme sunt numite văduve negre din cauza felului în care pulsarul consumă lucrul care l-a reciclat, la fel cum păianjenul își mănâncă partenerul”, spune Burdge.

Fiecare binar de văduvă neagră până în prezent a fost detectat prin fulgere gamma și cu raze X de la pulsar. Într-o premieră, Burdge a dat peste ZTF J1406+1222 prin fulgerarea optică a stelei însoțitoare.

Se dovedește că partea de zi a stelei însoțitoare – partea îndreptată permanent spre pulsar – poate fi de multe ori mai fierbinte decât partea sa de noapte, datorită radiației constante de înaltă energie pe care o primește de la pulsar.

„M-am gândit că, în loc să caut direct pulsarul, încercați să căutați steaua pe care o gătește”, explică Burdge.

El a argumentat că, dacă astronomii ar observa o stea a cărei strălucire se schimbă periodic cu o cantitate uriașă, ar fi un semnal puternic că se află într-un binar cu un pulsar.

Mișcarea stelelor

Pentru a testa această teorie, Burdge și colegii săi au analizat datele optice preluate de Zwicky Transient Facility, un observator cu sediul în California, care realizează imagini cu câmp larg ale cerului nopții. Echipa a studiat luminozitatea stelelor pentru a vedea dacă vreuna se schimbă dramatic cu un factor de 10 sau mai mult, pe o scală de timp de aproximativ o oră sau mai puțin – semne care indică prezența unei stele însoțitoare care orbitează strâns în jurul unui pulsar.

Echipa a reușit să aleagă cele douăzeci de fișiere binare cunoscute de văduva neagră, validând acuratețea noii metode. Apoi au observat o stea a cărei luminozitate s-a schimbat cu un factor de 13, la fiecare 62 de minute, ceea ce indică faptul că probabil făcea parte dintr-un nou binar văduvă neagră, pe care l-au etichetat ZTF J1406+1222.

Ei au căutat steaua în observațiile făcute de Gaia, un telescop spațial operat de Agenția Spațială Europeană care păstrează măsurători precise ale poziției și mișcării stelelor pe cer. Privind înapoi prin măsurătorile vechi de zeci de ani ale stelei din Sloan Digital Sky Survey, echipa a descoperit că binarul era urmat de o altă stea îndepărtată. Judecând după calculele lor, această a treia stea părea să orbiteze în jurul binarului interior la fiecare 10.000 de ani.

În mod curios, astronomii nu au detectat direct emisii de raze gamma sau X de la pulsar în binar, care este modul tipic în care sunt confirmate văduvele negre. Prin urmare, ZTF J1406+1222 este considerat un candidat binar văduvă neagră, pe care echipa speră să îl confirme cu observații viitoare.

„Singurul lucru pe care îl știm sigur este că vedem o stea cu o parte de zi, care este mult mai fierbinte decât partea de noapte, orbitând în jurul a ceva la fiecare 62 de minute”, spune Burdge. „Totul pare să indice că este un binar văduvă neagră. Dar există câteva lucruri ciudate despre asta, așa că este posibil să fie ceva cu totul nou.”

Echipa plănuiește să continue observarea noului sistem, precum și să aplice tehnica optică pentru a ilumina mai multe stele neutronice și văduve negre de pe cer.

Această cercetare a fost susținută, parțial, de Fundația Națională pentru Știință.

Sursa articol

You might also like