Kako tvorijo binarni zvezdni sistemi? Astronomi končno rešijo skrivnost

Spektakularna eksplozija supernove, več kot milijardo krat svetlejša od našega sonca, je označila rojstvo nevtronske zvezde, ki kroži okoli njenega vročega in gostega spremljevalca. Zdaj sta ta dva gosta ostanka namenjena, da se spirata drug v drugega v približno milijardo let, sčasoma pa se združita in pridobi nekaj najtežjih znanih elementov v vesolju.

Eksplozija se je zgodila v galaksiji, podobni naši Rimski cesti, oddaljeni skoraj 920 milijonov svetlobnih let. Majhen teleskop na observatoriju Palomar v Kaliforniji je odkril prve fotone iz supernove - imenovanega "iPTF 14gqr" - le nekaj ur po eksploziji, ko je bila več kot desetkrat bolj vroča od površine našega sonca. Ko se je svetlost supernove razvila v naslednjih dveh tednih, je mednarodna ekipa astronomov uporabila podatke, da bi izsledila izvor eksplozije do velike zvezde, ki je 500-krat večja od sončne svetlobe.

Ampak ni bilo samo velikanska zvezda tisto, kar je to odkritje še posebej omenilo. Nenavadno je bilo, da se je zvezda zdela tudi najlažja od vseh znanih eksplozivnih zvezd. Ta masivna zvezda je bila oropana skoraj vse svoje mase, morda z gostim orbitirajočim partnerjem. Ko je eksplodirala, je za seboj pustila novorojensko nevtronsko zvezdo, ki je še naprej krožila po svojem spremljevalcu.

Razumevanje oblikovanja binarnih zvezdnih sistemov, v katerih se dve super gosto zvezde obkrožata med seboj, je bila vedno sestavljanka. Te kratkotrajne supernove, ki dajejo te gosto binarne zvezdne sisteme, so redke in jih je težko najti, ker se hitro pojavijo in izginejo na nebu - približno petkrat hitreje kot tipična supernova.

Ta prva ugotovitev »ultra-stripped« supernove, ki jo moji kolegi in jaz podrobno predstavljamo v novi študiji, ne zagotavlja le vpogled v oblikovanje teh sistemov, ampak tudi razkriva končne faze v življenju teh edinstvenih ogromnih zvezd, ki so bile plen vseh svojih mas, preden umrejo.

Reševanje dolgoletne skrivnosti

Zvezde, ki so rojene z več kot osemkratno maso sonca, hitro zmanjkajo goriva in se podredijo gravitaciji ob koncu svojega življenja - propadejo na sebi in eksplodirajo v supernovi. Ko se to zgodi, so vse zunanje zvezdne plasti - nekajkrat masa sonca - razpršene.

Ko sem začel delati z mojim svetovalcem, Mansijem Kasliwalom, kot novim podiplomskim študentom, sem se odločil preučiti supernove, ki se hitro svetijo. Pridobila sem bazo podatkov o dogodkih, ki jih je odkril iPTF, in naletel na iPTF 14gqr, hitro izginjajočo supernovo, ki je bila odkrita več kot leto prej, toda njena resnična fizična narava je ostala skrivnostna.

Podatki so bili zmedeni, ker so naši predhodni modeli predlagali, da je ta supernova povzročila smrt ogromne velike zvezde, vendar je bila eksplozija sama po sebi precej slaba. Izločila je le petino mase sonca, medtem ko je bila njena energija le desetina značilne supernove. Kje so bile vse manjkajoče snovi in ​​energija?

Namigi so pokazali, da je morala eksplozijska zvezda pred eksplozijo odvzeti skoraj vso svojo prvotno maso. Toda kaj bi lahko ukradlo toliko stvari iz te velike zvezde? Morda neviden binarni spremljevalec?

Začel sem brati o redkih binarnih zvezdnih scenarijih, ko sem prvič naletel na idejo »ultra-stripped supernovae«.

Ultra-stripped supernove

Ko ima masivna zvezda gosto in bližnjo binarno spremljevalno zvezdo, lahko intenzivna gravitacijska privlačnost spremljevalca oropa nič hudega slutečega soseda skoraj vse svoje mase, preden eksplodira - zato izraz "ultra-stripped".

Ultra-odstranjena supernova pušča za seboj nevtronsko zvezdo, hitro se vrti gosto zvezdno truplo, ki vsebuje malo več kot masa sonca, ki se je zaletela v območje velikosti Los Angelesa. Ta nevtronska zvezda je ujeta v tesno orbito okoli svojega spremljevalca. Spremljevalec je morda še ena nevtronska zvezda ali celo bel pritlikav ali črna luknja, ki je nastala iz masivne zvezde, ki je umrla nekaj milijonov let pred svojim spremljevalcem.

Takšni binarni sistemi so že več desetletij pomembno področje astrofizične preiskave. Veliko teh sistemov smo neposredno opazovali v lastni galaksiji z optičnimi in radijskimi teleskopi. Prva indirektna detekcija gravitacijskih valov je prišla iz opazovanj sistema dvojne nevtronske zvezde. V zadnjem času je bila prva združitev sistema dvojne nevtronske zvezde odkrita z naprednim LIGO in elektromagnetnim valovom leta 2017, kar je astronomom omogočilo edinstven vpogled v delovanje gravitacije in izvor težkih elementov v vesolju.

Vendar je že dolgo ostala skrivnost, kako se oblikujejo binarni zvezdniki. Vemo, da se nevtronske zvezde tvorijo v eksplozijah supernove. Ampak, da bi dobili binarne nevtronske zvezde, potrebujete začetek binarnih dveh velikih zvezd. Vendar pa zahteva natančno ravnotežje sil, da se zagotovi, da binarne nevtronske zvezde ostanejo dovolj stabilne, da preživijo dve nasilni eksploziji, ki tvorita sistem.

Več vrst posrednih dokazov kaže, da so nastale v zelo redki skupini šibkih ultra-stripped supernov eksplozij. Toda te šibke eksplozije so doslej pobegnile neposredno odkrivanje. Ta prvi opazovalni dokaz za ultra-stripped supernova odpira priložnost za razumevanje nastajanja tesnih nevtronskih zvezdastih binarnih sistemov.

Skeniranje nebes za eksplozijo dojenčkov

Naša supernova je bila opažena med vmesno raziskavo tovarne v prehodni tovarni v Palomarju (iPTF). Avtomatska raziskava iPTF je uporabila veliko kamero, ki je bila nameščena na teleskopu velikosti 1 m, da bi vsako noč fotografirala nebo in iskala »nove zvezde«. Prednost iskanja je bila iskanje supernov za dojenčke in določanje izvora.

Kadarkoli se najde nova zvezda, raziskovalni robot takoj opozori dežurne astronome, ki se nahajajo v povsem drugačnem časovnem pasu, da ga spremljajo. Ta strategija, skupaj z globalno mrežo teleskopov, nam je omogočila, da ujamemo več eksplozivnih zvezd v akciji in razumemo, kako so izgledale tik preden so eksplodirale. Pravzaprav je odkrivanje redkih ultra-stripped supernov trenutkov po eksploziji je bilo srečen naključje!

Ta edini dogodek nam je prinesel prvi vpogled v maso in energijo, ki se sproščata v takšnih eksplozijah, življenjski cikel masivnih zvezd in nastanek binarnih zvezd. Vendar pa se je iz večjega vzorca teh dogodkov treba naučiti še veliko več.

Z Zwicky Transient Facilty - naslednikom iPTF-ja, ki lahko skenira nebo 10-krat hitreje - in globalno mrežo teleskopov, imenovano GROWTH, upamo, da bomo priča več ultra-stripped eksplozij, začenši novo epizodo v našem razumevanju teh edinstvenih zvezdnih sistemov.

Ta članek je bil prvotno objavljen na The Conversation by Kishalay De. Preberite izvirni članek tukaj.