Bir sanatçının illüstrasyonu, ultra kısa bir yörüngede daha büyük, güneş benzeri bir yıldızı (solda) çevreleyen ve “dehşet verici” bir ikili sistem oluşturan beyaz bir cüceyi (sağda) göstermektedir. Kredi: M.Weiss/Astrofizik Merkezi | Harvard ve Smithsonian
Yıldızlar şimdiye kadarki en kısa yörüngeye sahipler ve her 51 dakikada bir birbirlerinin etrafında dönüyorlar ve onlarca yıllık bir öngörüyü doğruluyorlar.
Galaksimizde, yıldızların neredeyse yarısı güneş gibi yalnızdır. Diğer yarısı, diğer yıldızların etrafında çiftler ve katlar halinde, yörüngeleri o kadar sıkı olan yıldızlardan oluşur ki, bazı yıldız sistemleri Dünya ile ay arasına sığabilir.
Gökbilimciler MİT ve diğer kurumlar şimdi olağanüstü kısa bir yörüngeye sahip bir yıldız ikilisi veya bir çift yıldız keşfettiler. Aslında, her 51 dakikada bir birbirlerinin etrafında dönüyorlar. Sistem, güneşimiz gibi bir yıldızın bir yörüngenin etrafında sıkı bir şekilde döndüğü “dehşet verici değişken” olarak bilinen, anlaşılması zor bir ikili dosya sınıfından biri gibi görünüyor. Beyaz cüce – yanmış bir yıldızın sıcak, yoğun çekirdeği.
Beyaz cüce, Güneş’e benzeyen yıldızların nükleer yakıtlarını tükettikten sonra ne hale geldiğidir. Nükleer yanma aşamasının sonuna doğru, bu yıldız türü, dış malzemesinin çoğunu dışarı atarak bir gezegenimsi bulutsu oluşturur. Sadece yıldızın sıcak çekirdeği kalır. Bu çekirdek, 100.000 Kelvin’i aşan bir sıcaklığa sahip çok sıcak beyaz bir cüce haline gelir. Tipik bir beyaz cüce, Güneş’in yarısı kadar kütleye sahiptir, ancak Dünya’dan sadece biraz daha büyüktür. Bu, beyaz bir cücenin Dünya’dan yaklaşık 200.000 kat daha yoğun olduğu anlamına gelir ve bu da onları yalnızca nötron yıldızlarının geçebileceği en yoğun madde koleksiyonlarından biri yapar.
İki yıldız milyarlarca yıl içinde yakınlaşarak beyaz cücenin toplanmaya başlamasına veya partner yıldızından malzeme yemesine neden olduğunda, bir felaket değişkeni meydana gelir. Bu süreç, yüzyıllar önce gökbilimcilerin bilinmeyen bir felaketin sonucu olduğunu varsaydıkları muazzam, değişken ışık parlamaları yayabilir.
Ekibin ZTF J1813+4251 olarak etiketlediği yeni keşfedilen sistem, bugüne kadar tespit edilen en kısa yörüngeye sahip bir felaket değişkenidir. Geçmişte gözlemlenen bu tür diğer sistemlerden farklı olarak, gökbilimciler yıldızlar birbirini birden çok kez gölgede bırakırken bu felaket değişkenini yakaladı ve ekibin her bir yıldızın özelliklerini tam olarak ölçmesine izin verdi.
Bu ölçümlerle araştırmacılar, sistemin bugün muhtemelen ne yaptığına ve önümüzdeki yüz milyonlarca yıl boyunca nasıl gelişmesi gerektiğine dair simülasyonlar yürüttüler. Yıldızların şu anda geçişte olduğu ve güneşe benzer yıldızın daire çizdiği ve hidrojen atmosferinin çoğunu açgözlü beyaz cüceye “bağışladığı” sonucuna varıyorlar. Güneş benzeri yıldız, sonunda çoğunlukla yoğun, helyum açısından zengin bir çekirdeğe kadar soyulacaktır. 70 milyon yıl sonra, yıldızlar genişlemeye ve birbirinden uzaklaşmaya başlamadan önce sadece 18 dakikaya ulaşan ultra kısa bir yörünge ile birbirlerine daha da yakın göç edecekler.
Onlarca yıl önce, MIT’deki ve başka yerlerdeki araştırmacılar, bu tür felaket değişkenlerinin ultra kısa yörüngelere geçmesi gerektiğini tahmin ettiler. İlk defa böyle bir geçiş sistemi doğrudan gözlemlendi.
MIT Fizik Bölümü’nden Pappalardo Üyesi Kevin Burdge, “Bu sistemlerden birini hidrojenden helyum birikimine geçerken yakaladığımız nadir bir durum” diyor. “İnsanlar bu nesnelerin ultra kısa yörüngelere geçmesi gerektiğini tahmin ettiler ve uzun süre algılanabilir yaymaya yetecek kadar kısa olup olmayacakları tartışıldı. yerçekimi dalgaları. Bu keşif, onu dinlendiriyor.”?
Bridge ve meslektaşları bugün keşiflerini rapor ediyorlar. Doğa. Çalışmanın ortak yazarları arasında Harvard ve Smithsonian Astrofizik Merkezi de dahil olmak üzere birçok kurumdan işbirlikçiler yer alıyor.
Gökyüzünde arama
Gökbilimciler, Zwicky Geçici Tesisi (ZTF) tarafından gözlemlenen geniş bir yıldız kataloğu içinde yeni sistemi keşfettiler. gökyüzü.
Zwicky Geçici Tesisi (ZTF), optik gece gökyüzünün sistematik olarak incelenmesini amaçlayan bir kamu-özel ortaklığıdır. Son derece geniş görüş alanına sahip bir kamera kullanan ZTF, iki günde bir tüm Kuzey gökyüzünü tarar. Ortaya çıkan geniş alan araştırması, astronomik topluluğun, Dünya’ya yakın asteroitlerden uzak süper parlak süpernovaların çalışmasına kadar geniş bir zaman alanı bilimini takip etmesine yardımcı olur.
Anket, gökyüzündeki 1 milyardan fazla yıldızın her birinin 1000’den fazla görüntüsünü alarak, her bir yıldızın günler, aylar ve yıllar boyunca değişen parlaklığını kaydetti.
Burdge kataloğu taradı, dinamikleri dramatik ışık patlamaları ve yerçekimi dalgaları yayacak kadar aşırı olabilen ultra kısa yörüngeli sistemlerin sinyallerini aradı.
Gökyüzünde yeni yerçekimi dalgası kaynakları arayan Burdge, “Yerçekimi dalgaları, evreni tamamen yeni bir şekilde incelememize izin veriyor” diyor.
Bu yeni çalışma için, Burdge, bir saatten daha kısa bir süre boyunca tekrar tekrar yanıp sönen yıldızlar için ZTF verilerini inceledi – tipik olarak, biri diğerini geçen ve kısa bir süreliğine birbirine yakın yörüngede dönen en az iki nesneden oluşan bir sisteme işaret eden bir frekans. ışığını engelliyor.
Her biri 1000’den fazla görüntüde kaydedilen 1 milyardan fazla yıldızı ayıklamak için bir algoritma kullandı. Algoritma, yaklaşık her saat başı yanıp sönen yaklaşık 1 milyon yıldızı eledi. Bunlar arasında, Brdge daha sonra özellikle ilgi çekici sinyaller aradı. Araştırması, Herkül takımyıldızında, Dünya’dan yaklaşık 3.000 ışıkyılı uzaklıkta bulunan bir sistem olan ZTF J1813+4251’de sıfırlandı.
“Bu şey ortaya çıktı, her 51 dakikada bir tutulma olduğunu gördüm ve “Tamam, bu kesinlikle bir ikili dosya” dedim.
Yoğun bir çekirdek
O ve meslektaşları, Hawaii’deki WM Keck Gözlemevi’ni ve İspanya’daki Gran Telescopio Canarias’ı kullanarak sisteme daha fazla odaklandı. Sistemin son derece “temiz” olduğunu, yani her tutulmada ışık değişimini açıkça görebileceklerini buldular. Böyle bir netlikle, her bir nesnenin kütlesini ve yarıçapını ve ayrıca yörünge periyodlarını kesin olarak ölçebildiler.
İlk nesnenin muhtemelen güneşin 1/100’ü büyüklüğünde ve kütlesinin yaklaşık yarısı olan beyaz bir cüce olduğunu keşfettiler. İkinci nesne, ömrünün sonuna yakın, Güneş’in büyüklüğü ve kütlesinin onda birine sahip olan güneş benzeri bir yıldızdı. Jüpiter). Yıldızlar ayrıca her 51 dakikada bir birbirlerinin yörüngesinde döndüler.
Yine de, bir şey tam olarak eklenmedi.
“Bu tek yıldız güneşe benziyordu, ama güneş sekiz saatten daha kısa bir yörüngeye sığamaz – burada ne var?” Bürdge diyor.
Kısa süre sonra bir açıklamaya ulaştı: Yaklaşık 30 yıl önce, MIT Profesörü Fahri Saul Rappaport dahil araştırmacılar, ultra kısa yörünge sistemlerinin felaket değişkenleri olarak var olması gerektiğini tahmin etmişti. Beyaz cüce, güneş benzeri yıldızın yörüngesinde dönerken ve hafif hidrojenini tüketirken, güneş benzeri yıldız, hidrojenden daha yoğun ve ölü yıldızı içeride tutacak kadar ağır olan bir helyum çekirdeği bırakarak yanmalıdır. sıkı, ultra kısa bir yörünge.
Burdge, ZTF J1813+4251’in hidrojen açısından zengin bir gövdeden helyum açısından zengin bir gövdeye geçiş sürecinde büyük olasılıkla bir felaket değişkeni olduğunu fark etti. Keşif, hem Rappaport ve diğerleri tarafından yapılan tahminleri doğruluyor hem de bugüne kadar tespit edilen en kısa yörünge felaket değişkeni olarak duruyor.
Burdge, “Bu özel bir sistem” diyor. “Büyük bir açık soruyu yanıtlayan ve bilinen en güzel davranışlı felaket değişkenlerinden biri olan bir sistem bulduğumuz için iki kat şanslıyız.”
Referans: Kevin B. Burdge, Kareem El-Badry, Thomas R. Marsh, Saul Rappaport, Warren R. Brown, Ilaria Caiazzo, “51 dakikalık yörünge-periyodu örten ikili sistemde yoğun 0.1 güneş kütleli bir yıldız”, Deepto Chakrabarty, VS Dhillon, Jim Fuller, Boris T. Gänsicke, Matthew J. Graham, Erin Kara, SR Kulkarni, SP Littlefair, Przemek Mróz, Pablo Rodríguez-Gil, Jan van Roestel, Robert A. Simcoe, Eric C. Bellm, Andrew J. Drake, Richard G. Dekany, Steven L. Groom, Russ R. Laher, Frank J. Masci, Reed Riddle, Roger M. Smith ve Thomas A. Prince, 5 Ekim 2022, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-022-05195-x
Bu araştırma kısmen Avrupa Araştırma Konseyi tarafından desteklenmiştir.