infos.ro

Astronomii găsesc o pereche „cataclismică” de stele cu cea mai scurtă orbită de până acum | Știri MIT

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

Aproape jumătate din stelele din galaxia noastră sunt solitare ca soarele. Cealaltă jumătate cuprinde stele care înconjoară alte stele, în perechi și multipli, cu orbite atât de strânse încât unele sisteme stelare s-ar putea încadra între Pământ și Lună.

Astronomii de la MIT și din alte părți au descoperit acum o stea binară, sau o pereche de stele, cu o orbită extrem de scurtă, care par să se învârtească reciproc la fiecare 51 de minute. Sistemul pare să fie unul dintr-o clasă rară de binare cunoscută sub numele de „variabilă cataclismică”, în care o stea similară cu soarele nostru orbitează strâns în jurul unei pitici albe – un nucleu fierbinte și dens al unei stele ars.

O variabilă cataclismică apare atunci când cele două stele se apropie, de-a lungul a miliarde de ani, determinând pitica albă să înceapă să se acumuleze sau să mănânce material departe de steaua parteneră. Acest proces poate emite sclipiri enorme și variabile de lumină pe care, cu secole în urmă, astronomii le-au presupus a fi rezultatul unui cataclism necunoscut.

Sistemul recent descoperit, pe care echipa l-a etichetat ZTF J1813+4251, este o variabilă cataclismică cu cea mai scurtă orbită detectată până în prezent. Spre deosebire de alte astfel de sisteme observate în trecut, astronomii au surprins această variabilă cataclismică în timp ce stelele s-au eclipsat de mai multe ori, permițând echipei să măsoare cu precizie proprietățile fiecărei stele.

Cu aceste măsurători, cercetătorii au efectuat simulări cu privire la ceea ce poate face sistemul astăzi și cum ar trebui să evolueze în următoarele sute de milioane de ani. Ei au ajuns la concluzia că stelele sunt în prezent în tranziție și că steaua asemănătoare soarelui s-a învârtit și a „donat” o mare parte din atmosfera sa de hidrogen piticii albe vorace. Steaua asemănătoare soarelui va fi în cele din urmă desprinsă într-un nucleu dens, bogat în heliu. În alte 70 de milioane de ani, stelele vor migra și mai aproape una de cealaltă, cu o orbită ultrascurtă ajungând la doar 18 minute, înainte de a începe să se extindă și să se depărteze.

Cu zeci de ani în urmă, cercetătorii de la MIT și din alte părți au prezis că astfel de variabile cataclismice ar trebui să treacă pe orbite ultrascurte. Este pentru prima dată când un astfel de sistem de tranziție a fost observat direct.

„Acesta este un caz rar în care am prins unul dintre aceste sisteme în momentul trecerii de la acumularea de hidrogen la heliu”, spune Kevin Burdge, membru Pappalardo la Departamentul de Fizică al MIT. „Oamenii au prezis că aceste obiecte ar trebui să treacă pe orbite ultrascurte și s-a dezbătut mult timp dacă ar putea deveni suficient de scurte pentru a emite unde gravitaționale detectabile. Această descoperire termină asta.”​

Burdge și colegii își raportează astăzi descoperirea în Natură. Co-autorii studiului includ colaboratori din mai multe instituții, inclusiv Centrul Harvard și Smithsonian pentru Astrofizică.

Căutare în cer

Astronomii au descoperit noul sistem într-un catalog vast de stele, observate de Zwicky Transient Facility (ZTF), un sondaj care folosește o cameră atașată la un telescop de la Observatorul Palomar din California pentru a face fotografii de înaltă rezoluție ale zonelor largi ale cer.

Sondajul a luat peste 1.000 de imagini ale fiecăreia dintre cele peste 1 miliard de stele de pe cer, înregistrând schimbarea luminozității fiecărei stele în zile, luni și ani.

Burdge a cercetat catalogul, căutând semnale ale sistemelor cu orbite ultrascurte, a căror dinamică poate fi atât de extremă încât ar trebui să emită rafale dramatice de lumină și să emită unde gravitaționale.

„Undele gravitaționale ne permit să studiem universul într-un mod cu totul nou”, spune Burdge, care caută pe cer noi surse de unde gravitaționale.

Pentru acest nou studiu, Burdge a căutat prin datele ZTF stele care păreau să clipească în mod repetat, cu o perioadă de mai puțin de o oră – o frecvență care semnalează în mod obișnuit un sistem de cel puțin două obiecte care orbitează strâns, unul traversând pe celălalt și pentru scurt timp. blocându-i lumina.

El a folosit un algoritm pentru a trece peste 1 miliard de stele, fiecare dintre acestea fiind înregistrată în peste 1.000 de imagini. Algoritmul a eliminat aproximativ 1 milion de stele care păreau să clipească în fiecare oră sau cam asa ceva. Printre acestea, Burdge a căutat apoi cu ochi semnale de interes deosebit. Căutarea sa s-a concentrat pe ZTF J1813+4251 — un sistem care se află la aproximativ 3.000 de ani lumină de Pământ, în constelația Hercule.

„A apărut chestia asta, unde am văzut o eclipsă care se întâmplă la fiecare 51 de minute și am spus: OK, acesta este cu siguranță un binar”, își amintește Burdge.

Un miez dens

El și colegii săi s-au concentrat în continuare asupra sistemului folosind Observatorul WM Keck din Hawaii și Gran Telescopio Canarias din Spania. Ei au descoperit că sistemul era excepțional de „curat”, ceea ce înseamnă că puteau vedea clar schimbarea luminii sale cu fiecare eclipsă. Cu o asemenea claritate, ei au putut măsura cu precizie masa și raza fiecărui obiect, precum și perioada lor orbitală.

Ei au descoperit că primul obiect a fost probabil o pitică albă, la 1/100 din dimensiunea soarelui și aproximativ jumătate din masa sa. Al doilea obiect era o stea asemănătoare soarelui, aproape de sfârșitul vieții sale, la o zecime din dimensiunea și masa soarelui (aproximativ de dimensiunea lui Jupiter). De asemenea, stelele au părut să orbiteze una pe alta la fiecare 51 de minute.

Totuși, ceva nu s-a potrivit.

„Această stea arăta ca soarele, dar soarele nu se poate încadra pe o orbită mai scurtă de opt ore – ce e aici?” spune Burdge.

El a dat curând o explicație: cu aproape 30 de ani în urmă, cercetătorii, inclusiv profesorul emerit al MIT, Saul Rappaport, au prezis că sistemele cu orbită ultrascurtă ar trebui să existe ca variabile cataclismice. Pe măsură ce pitica albă mănâncă în jurul stelei asemănătoare soarelui și îi mănâncă hidrogenul ușor, steaua asemănătoare soarelui ar trebui să ardă, lăsând un miez de heliu – un element care este mai dens decât hidrogenul și suficient de greu pentru a menține steaua moartă. pe o orbită strânsă, ultrascurtă.

Burdge și-a dat seama că ZTF J1813+4251 a fost probabil o variabilă cataclismică, în actul de tranziție de la un corp bogat în hidrogen la heliu. Descoperirea confirmă atât predicțiile făcute de Rappaport și alții, cât și cea mai scurtă variabilă cataclismică pe orbită detectată până în prezent.

„Acesta este un sistem special”, spune Burdge. „Am fost de două ori norocoși să găsim un sistem care răspunde la o mare întrebare deschisă și este una dintre cele mai frumos comportate variabile cataclismice cunoscute.”

Această cercetare a fost susținută, parțial, de Consiliul European pentru Cercetare.

Sursa articol

You might also like