Ako sa tvoria binárne hviezdne systémy? Astronómovia konečne vyriešiť tajomstvo

Veľkolepá explózia supernovy, viac ako miliarda krát jasnejšia ako naše slnko, znamenala narodenie neutrónovej hviezdy obiehajúcej okolo jej horúceho a hustého spoločníka. Teraz sú tieto dva husté zvyšky určené na to, aby sa navzájom spirálovali za približne miliardu rokov a nakoniec sa spojili a priniesli niektoré z najťažších známych prvkov vo vesmíre.

Výbuch nastal v galaxii podobnej našej vlastnej Mliečnej dráhe, vzdialenej takmer 920 miliónov svetelných rokov. Malý teleskop na observatóriu Palomar v Kalifornii zistil prvé fotóny zo supernovy - nazvané „iPTF 14gqr“ - len niekoľko hodín po výbuchu, keď bolo viac ako 10-krát horšie ako povrch nášho Slnka. Ako sa počas nasledujúcich dvoch týždňov vyvíjal jas supernovy, medzinárodný tím astronómov použil údaje na zistenie pôvodu výbuchu na masívnu hviezdu s polomerom 500-násobkom hviezdy.

Nebolo to však len obrovská veľkosť hviezdy, ktorá tento objav pozoruhodne poznamenala. Nezvyčajné bolo, že hviezda sa zdala byť najľahšou zo všetkých známych explodujúcich obrovských hviezd. Táto masívna hviezda bola okradnutá takmer o všetku svoju hmotnosť, možno o hustého partnera obiehajúceho na obežnej dráhe. Keď explodovala, zanechala za sebou novorodenú neutrónovú hviezdu, ktorá pokračovala v obiehaní svojho spoločníka.

Pochopenie vzniku binárnych hviezdnych systémov, v ktorých sa obe super hviezdy obiehajú, vždy bolo puzzle. Tieto prchavé supernovy, ktoré prinášajú tieto husté binárne hviezdne systémy, sú zriedkavé a ťažko dostupné, pretože sa rýchlo objavujú a miznú na oblohe - asi päťkrát rýchlejšie ako typická supernova.

Toto prvé pozorovanie supernovy „ultravrhnutého“, ktoré moji kolegovia a ja podrobne rozpracovávame v novej štúdii, poskytuje nielen pohľad do tvorby týchto systémov, ale tiež odhaľuje konečné štádiá života týchto jedinečných masívnych hviezd, ktoré boli drancovali všetku svoju hmotu skôr, ako zomrú.

Riešenie dlhotrvajúceho tajomstva

Hviezdy narodené s viac ako osemnásobkom hmotnosti slnka rýchlo vyčerpajú palivo a podľahnú gravitácii na konci svojho života - zrútia sa na sebe a vybuchnú v supernove. Keď sa to stane, všetky vonkajšie vrstvy hviezdy - niekoľkokrát hmotnosť Slnka - sú rozptýlené.

Keď som začal pracovať s mojím poradcom, Mansi Kasliwal, ako nový postgraduálny študent, rozhodol som sa študovať supernovy, ktoré rýchlo vybledli. Ťažiac databázu udalostí objavených iPTF som narazil na iPTF 14gqr, rýchlo blednúcu supernovu, ktorá bola objavená viac ako rok predtým, ale ktorej skutočná fyzická povaha zostala tajomná.

Údaje boli záhadné, pretože naše predbežné modely naznačovali, že táto supernova bola spôsobená smrťou obrovskej masívnej hviezdy, ale explózia samotná bola dosť chabá. Vyhodila len pätinu hmotnosti Slnka, zatiaľ čo jeho energia bola iba desatina typickej supernovy. Kde boli všetky chýbajúce veci a energia?

Tieto stopy naznačujú, že explodujúca hviezda musela byť pred výbuchom zbavená takmer všetkej svojej pôvodnej hmoty. Ale čo by mohlo ukradnúť toľko vecí z tejto obrovskej hviezdy? Možno je to neviditeľný binárny spoločník?

Začal som čítať o vzácnych binárnych hviezdnych scenároch, keď som sa prvýkrát stretol s myšlienkou „ultrakopených supernov“.

Ultra-stripped Supernovae

Keď masívna hviezda má hustú a blízku binárnu sprievodnú hviezdu, intenzívny gravitačný ťah spoločníka môže okradnúť nič netušiaceho blížneho takmer všetku jeho hmotu predtým, než exploduje - teda termín „ultrakopený“.

Ultra-odizolovaná supernova zanecháva neutrónovú hviezdu, rýchlo sa otáčajúcu hustú hviezdnu mŕtvolu, ktorá obsahuje o niečo viac ako hmotnosť slnka zaplnená do oblasti veľkosti centra Los Angeles. Táto neutrónová hviezda je uväznená v tesnej obežnej dráhe okolo svojho spoločníka. Spoločník je možno ďalšia neutrónová hviezda, či dokonca biely trpaslík alebo čierna diera, ktorá vznikla z masívnej hviezdy, ktorá zomrela niekoľko miliónov rokov pred svojím spoločníkom.

Takéto binárne systémy sú dôležitou oblasťou astrofyzikálneho výskumu už niekoľko desaťročí. Priamo sme pozorovali mnohé takéto systémy v našej vlastnej galaxii optickými a rádiovými ďalekohľadmi. Prvá nepriama detekcia gravitačných vĺn vznikla z pozorovaní dvojitého neutrónového hviezdneho systému. V poslednom čase bola prvá fúzia dvojitého neutrónového hviezdneho systému zistená v pokročilom LIGO aj v elektromagnetických vlnách v roku 2017, čo astronomom poskytlo jedinečný pohľad na fungovanie gravitácie a pôvod ťažkých prvkov vo vesmíre.

Napriek tomu to dlho zostalo tajomstvom, ako sa tvoria binárne hviezdy. Vieme, že neutrónové hviezdy vznikajú pri výbuchoch supernov. Ale aby ste získali binárne neutrónové hviezdy, musíte začať dvojhviezdu dvoch masívnych hviezd. Vyžaduje si to však presnú rovnováhu síl, aby sa zabezpečilo, že binárne neutrónové hviezdy zostanú dostatočne stabilné, aby prežili dve prudké výbuchy, ktoré vytvárajú systém.

Niekoľko línií nepriamych dôkazov naznačuje, že sú tvorené vo veľmi zriedkavej triede slabých explózií supernov. Ale tieto slabé explózie doteraz unikli priamej detekcii. Tento prvý pozorovací dôkaz pre ultrakopnú supernovu otvára príležitosť na pochopenie tvorby tesných binárnych systémov neutrónovej hviezdy.

Skenovanie nebies pre detské výbuchy

Naša supernova bola zistená počas stredného prieskumu Palomar Transient Factory (iPTF). Automatizovaný prieskum iPTF použil veľkú kameru namontovanú na 1-metrový ďalekohľad, aby každú noc fotil oblohu a hľadal „nové hviezdy“. Prioritou vyhľadávania bolo lovenie supernov novorodencov a určenie pôvodu.

Vždy, keď sa nájde nová hviezda, prieskumný robot okamžite upozorní astronómov v službe, ktorí sa nachádzajú v úplne inom časovom pásme, aby ich mohli sledovať. Táto stratégia, spolu s globálnou sieťou ďalekohľadov, nám umožnila zachytiť niekoľko explodujúcich hviezd v akcii a pochopiť, ako vyzerali práve predtým, ako vybuchli. V skutočnosti, nájdenie vzácnych ultra-stripped supernova momenty po výbuchu bola šťastná náhoda!

Táto jediná udalosť nám poskytla prvý pohľad na hmotu a energiu uvoľnenú pri takýchto výbuchoch, životný cyklus masívnych hviezd a tvorbu binárnych hviezd. Z väčšej vzorky týchto udalostí je však ešte oveľa viac.

Vďaka Zwicky Transient Facilty - nástupcovi iPTF, ktorý dokáže skenovať neba 10-krát rýchlejšie - a globálnej siete teleskopov s názvom GROWTH, dúfame, že budeme svedkami ďalších ultrarýchlych výbuchov, ktoré začínajú novú epizódu v našom chápaní týchto jedinečných hviezdnych systémov.,

Tento článok bol pôvodne publikovaný na The Conversation od Kishalay De. Prečítajte si pôvodný článok.