Kozmik ‘örümcek’ güçlü gama ışınlarının kaynağı olarak bulundu

Şili’deki 4.1 metrelik SOAR Teleskopu’nu kullanan gökbilimciler, beyaz cüce olma sürecinde olan bir yıldızın hızla dönen bir pulsar dönüşmeyi henüz tamamlamış bir nötron yıldızının yörüngesinde dolandığı ikili sistemin ilk örneğini keşfettiler. Başlangıçta Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu tarafından tespit edilen çift, bu tür ikili sistemlerin evriminde bir “kayıp halka”dır.

Parlak, gizemli bir gama ışını kaynağının, son derece düşük kütleli bir beyaz cüceye dönüşme sürecinde bir yıldızın yörüngesinde dönen, hızla dönen bir nötron yıldızı (milisaniye pulsar olarak adlandırılır) olduğu bulunmuştur. Bu tür ikili sistemler, gökbilimciler tarafından “örümcekler” olarak adlandırılır, çünkü pulsar, beyaz bir cüceye dönüşürken eşlik eden yıldızın dış kısımlarını “yeme” eğilimindedir.

İkili, NSF’ye bağlı NOIRLab’ın bir programı olan Cerro Tololo Amerikalar Arası Gözlemevi’nin (CTIO) bir parçası olan Şili’deki Cerro Pachón’daki 4.1 metrelik SOAR Teleskopu kullanılarak gökbilimciler tarafından tespit edildi.

NASA’nın Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu, 2008’de piyasaya sürülmesinden bu yana evrende bol miktarda gama ışını üreten nesneleri kataloglamaktadır, ancak tespit ettiği gama ışını kaynaklarının tümü sınıflandırılmamıştır. Gökbilimciler tarafından 4FGL J1120.0-2204 olarak adlandırılan böyle bir kaynak, şimdiye kadar tüm gökyüzünde tanımlanamayan ikinci en parlak gama ışını kaynağıydı.

Washington DC’deki ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı’ndan Samuel Swihart liderliğindeki ABD ve Kanada’dan gökbilimciler, 4FGL J1120.0-2204’ün gerçek kimliğini belirlemek için SOAR Teleskobu üzerindeki Goodman Spektrografını kullandılar. NASA’nın Swift ve ESA’nın XMM-Newton uzay teleskopları tarafından gözlemlendiği gibi, aynı zamanda X-ışınları yayan gama ışını kaynağının, saniyede yüzlerce kez dönen bir “milisaniye pulsarından” oluşan ikili bir sistem olduğu gösterildi ve son derece düşük kütleli bir beyaz cücenin habercisi. Çift, 2600 ışıkyılı uzaklıkta yer almaktadır.

Swihart, “Michigan Eyalet Üniversitesi’nin SOAR Teleskobu üzerinde ayırdığı zaman, güney yarım küredeki konumu ve Goodman tayfölçerinin kesinliği ve kararlılığı, bu keşfin önemli yönleriydi” diyor.

ABD Ulusal Bilim NOIRLab Program Direktörü Chris Davis, “Bu, genel olarak orta büyüklükteki teleskopların ve özellikle SOAR’ın diğer yer ve uzay tabanlı tesislerle yapılan olağandışı keşifleri karakterize etmeye yardımcı olmak için nasıl kullanılabileceğinin harika bir örneğidir” diyor. Temel. “SOAR’ın önümüzdeki on yılda diğer birçok zaman değişkenli ve çok haberci kaynağın takibinde çok önemli bir rol oynayacağını tahmin ediyoruz.”

Goodman tayfölçeri tarafından ölçülen ikili sistemin optik tayfı, ön-beyaz cüce yoldaştan gelen ışığın Doppler’e kaydığını – dönüşümlü olarak kırmızıya ve maviye kaydığını – bu da onun her 15 saatte bir kompakt, büyük kütleli bir nötron yıldızının yörüngesinde döndüğünü gösterir.

Ekibi bu özellikleri alıp ikili yıldız sistemlerinin nasıl evrimleştiğini açıklayan modellere uygulayabilen Swihart, “Spektra aynı zamanda eşlik eden yıldızın yaklaşık sıcaklığını ve yüzey çekimini kısıtlamamıza da izin verdi” diyor. Bu, yoldaşın, yüzey sıcaklığı 8200 °C (15.000 °F) ve kütlesi güneşinkinin sadece %17’si olan, son derece düşük kütleli bir beyaz cücenin öncüsü olduğunu belirlemelerine izin verdi.

Güneşinkine benzer veya daha az kütleye sahip bir yıldız ömrünün sonuna ulaştığında, çekirdeğindeki nükleer füzyon süreçlerini beslemek için kullanılan hidrojen tükenecektir. Bir süre için, helyum yıldızı ele geçirir ve güç verir, onun büzülmesine ve ısınmasına neden olur ve genişlemesini ve evrimini yüz milyonlarca kilometre büyüklüğünde kırmızı bir deve dönüşmesini sağlar. Sonunda, bu şişmiş yıldızın dış katmanları ikili bir yoldaşta birikebilir ve nükleer füzyon durur, arkasında Dünya büyüklüğünde ve 100.000 °C’yi (180.000 °F) aşan sıcaklıklarda cızırdayan bir beyaz cüce bırakır.

4FGL J1120.0-2204 sistemindeki proto-beyaz cücenin gelişimi henüz bitmedi. Swihart, “Şu anda şişkin ve benzer kütlelere sahip normal beyaz cücelere göre yarıçapı yaklaşık beş kat daha büyük” diyor. “Soğumaya ve büzülmeye devam edecek ve yaklaşık iki milyar yıl içinde, zaten bildiğimiz aşırı düşük kütleli beyaz cücelerin çoğuyla aynı görünecek.”

Milisaniye pulsarları her saniyede yüzlerce kez döner. Bir yoldaştan, bu durumda beyaz cüceye dönüşen yıldızdan madde toplayarak döndürülürler. Milisaniyelik pulsarların çoğu, dönen nötron yıldızından çıkan yüklü parçacıkların bir akışı olan pulsar rüzgarı, eşlik eden bir yıldızdan yayılan malzeme ile çarpıştığında, genellikle gama ışınları ve X-ışınları yayar.

Yaklaşık 80 son derece düşük kütleli beyaz cüce bilinmektedir, ancak Swihart, “Bu, muhtemelen bir nötron yıldızının yörüngesinde dönen aşırı düşük kütleli bir beyaz cücenin ilk habercisidir” diyor. Sonuç olarak, 4FGL J1120.0-2204, bu dönüş sürecinin arka ucuna benzersiz bir bakıştır. Keşfedilen diğer tüm beyaz cüce-pulsar ikili dosyaları, dönme aşamasını çoktan geçmiş durumda.

Swihart, “İlişkilendirilmemiş Fermi gama ışını kaynaklarını hedefleyen SOAR Teleskopu ile takip spektroskopisi, arkadaşın bir şeyin yörüngesinde döndüğünü görmemizi sağladı” diyor. “Bu gözlemler olmadan, bu heyecan verici sistemi bulamazdık.”

Bu araştırma, “4FGL J1120.0–2204: A Unique Gamma-ray Bright Neutron Star Binary with an Extremely Low Mass Proto-White Dwarf” başlıklı bir makalede sunulmuştur. Astrofizik Dergisi.

Astronomi Araştırma Üniversiteleri Birliği (AURA) tarafından sağlanmıştır.