Kaip dvejetainių žvaigždžių sistemų forma? Astronomai galiausiai išsprendžia paslaptį

Įspūdingas supernovos sprogimas, daugiau nei milijardas kartų šviesesnis už mūsų saulę, reiškė, kad atsirado neutronų žvaigždė, besisukanti jos karšto ir tankaus draugo. Dabar šitie du tankūs liekanos yra skirti spiralės vieni kitiems maždaug per milijardą metų, galiausiai susiliejant ir atnešdami kai kuriuos sunkiausius žinomus elementus visatoje.

Sprogimas įvyko galaktikoje, panašioje į mūsų pačių Paukščių taką, beveik 920 milijonų šviesmečių. Mažas teleskopas Palomaro observatorijoje Kalifornijoje aptiko pirmuosius supernovos fotonus, pavadintus „iPTF 14gqr“ - tik kelias valandas po sprogimo, kai jis buvo daugiau nei 10 kartų karštesnis už mūsų saulės paviršių. Kadangi supernovos ryškumas per artimiausias dvi savaites išsivystė, tarptautinė astronomų komanda naudojo duomenis, siekdama nustatyti sprogimo kilmę iki masyvios žvaigždės, kurios spindulys buvo 500 kartų didesnis už saulės spindulį.

Bet tai buvo ne tik milžiniškas žvaigždės dydis, dėl kurio šis atradimas buvo ypač pastebimas. Tai buvo neįprasta, kad žvaigždė taip pat atrodė kaip lengviausia iš visų žinomų sprogstančių milžiniškų žvaigždžių. Ši didžiulė žvaigždė buvo apiplėšta beveik visos jos masės, galbūt stipraus orbitos partnerio. Kai jis sprogo, jis paliko naujagimio neutrono žvaigždę, kuri toliau teko orbitoje.

Suprasti dvejetainių žvaigždžių sistemų formavimąsi, kuriose dvi super tankios žvaigždės viena kitai orbita visada buvo dėlionės. Šios trumpos supernovos, kurios duoda šias tankias dvejetaines žvaigždines sistemas, yra tiek retos, tiek sunkios, nes jos greitai atsiranda ir išnyksta danguje - apie penkis kartus greičiau nei tipinė supernova.

Šis pirmasis „ultrablokuoto“ supernovos stebėjimas, kurį mano kolegos ir aš išsamiai aprašėme naujame tyrime, ne tik suteikia įžvalgų apie šių sistemų formavimąsi, bet ir atskleidžia paskutinius šių unikalių masyvių žvaigždžių gyvenimo etapus. prieš jų mirtį apiplėšta visa jų masė.

Ilgalaikio paslapties sprendimas

Žvaigždės, gimusios daugiau nei aštuonias kartus, saulės masė greitai pritrūksta ir pasibaigus jų gyvenimui pasidaro sunkios jėgos - susitraukia į save ir sprogsta supernovoje. Kai taip atsitinka, visi žvaigždės išoriniai sluoksniai - kelis kartus saulės masė - yra išsklaidyti.

Kai pradėjau dirbti su savo patarėju Mansiu Kasliwalu, kaip naujuoju absolventu, nusprendžiau studijuoti supernovą, kuri greitai išnyks. „IPTF“ atrinktų įvykių duomenų bazės gavyba atėjau „iPTF 14gqr“ - tai greitai nykstanti supernova, kuri buvo atrasta daugiau nei prieš metus, bet kurios tikroji fizinė prigimtis liko paslaptinga.

Duomenys buvo mįslingi, nes mūsų preliminarūs modeliai parodė, kad šią supernovą sukėlė milžiniškos didžiulės žvaigždės mirtis, tačiau pats sprogimas buvo gana protingas. Jis išleido tik penktadalį saulės masės, o jo energija buvo tik dešimtoji tipinės supernovos. Kur buvo visi trūkstami dalykai ir energija?

Įspėjimai parodė, kad sprogstanti žvaigždė prieš sprogimą turėjo būti atimta beveik visos jos pradinės masės. Bet kas galėjo pavogti tiek daug dalyko iš šios milžiniškos žvaigždės? Galbūt nematomas dvejetainis kompanionas?

Pradėjau skaityti apie retus dvejetainius žvaigždės scenarijus, kai pirmą kartą susidūriau su „ultragarsu supernovos“ idėja.

„Ultra-stripped Supernovae“

Kai masyvi žvaigždė turi tankią ir netoliese esančią dvejetainę kompanioninę žvaigždę, intensyvus kompaniono gravitacinis traukimas gali apiplėšti netikėtą kaimyną, beveik visą jo masę, prieš tai sprogus - todėl terminas „ultra-stripped“.

Itin nuplėšta supernova palieka neutronų žvaigždę, sparčiai besisukančią tankią žvaigždę, turinčią šiek tiek daugiau nei saulės masė, užsikabinusi į Los Andželo centro dydį. Ši neutronų žvaigždė yra įstrigusi glaudžioje orbitoje aplink savo draugą. Kompanionas galbūt yra dar viena neutrono žvaigždė arba netgi balta nykštukė arba juoda skylė, kuri buvo sudaryta iš didžiulės žvaigždės, kuri mirė prieš kelis milijonus metų iki jo draugo.

Tokios dvejetainės sistemos buvo svarbi astrofizinio tyrimo sritis jau kelis dešimtmečius. Mes tiesiogiai stebėjome daugelį tokių sistemų savo galaktikoje su optiniais ir radijo teleskopais. Pirmasis netiesioginis gravitacinių bangų nustatymas atsirado stebint dvigubą neutronų žvaigždės sistemą. Pastaruoju metu pirmasis dvigubos neutroninės žvaigždės sistemos sujungimas buvo aptiktas tiek pažangiosios LIGO, tiek 2017 m. Elektromagnetinių bangų metu, suteikiant astronomams unikalią įžvalgą apie sunkumo veikimą ir sunkiųjų elementų kilmę visatoje.

Vis dėlto jau seniai liko paslaptis, kaip binarinės žvaigždės formuojasi. Žinome, kad supernovos sprogimuose susidaro neutronų žvaigždės. Tačiau, norint gauti dvejetainių neutronų žvaigždžių, jums reikia dviejų masyvių žvaigždžių dvejetainio. Tačiau tam reikia tikslios jėgų pusiausvyros, kad būtų užtikrinta, jog dvejetainiai neutronų žvaigždės išliktų pakankamai stabilios, kad išgyventų du smurtinius sprogimus, kurie sukuria sistemą.

Keletas netiesioginių įrodymų linijų rodo, kad jie susidaro labai retai silpnų ultragarsu supernovos sprogimų klasėje. Tačiau šie silpni sprogimai iki šiol išvengė tiesioginio aptikimo. Šis pirmasis stebėjimo įrodymas, rodantis, kad supernova yra labai nulupta, atveria galimybę suprasti įtemptų neutronų žvaigždžių dvejetainių sistemų formavimąsi.

Skenavimas kūdikių sprogimams

Mūsų supernova buvo pastebėta tarpinio Palomar Transient Factory (iPTF) tyrimo metu. Automatizuotas „iPTF“ tyrimas naudojo didelį fotoaparatą, sumontuotą ant 1 metrų teleskopo, kad kiekvieną naktį fotografuotų dangų ir ieškotų „naujų žvaigždžių“. Paieškos prioritetas buvo medžioti kūdikių supernovą ir nustatyti kilmę.

Kai randama nauja žvaigždė, apklausos robotas nedelsdamas įspėja apie visiškai skirtingą laiko juostą esančius astronomus. Ši strategija kartu su pasauliniu teleskopų tinklu leido mums sugauti keletą sprogstančių žvaigždžių ir suprasti, ką jie atrodė prieš juos sprogus. Tiesą sakant, reta ultragarso supernovos akimirkų po sprogimo buvo laimingas sutapimas!

Šis vienintelis įvykis suteikė mums pirmąją įžvalgą apie masę ir energiją, išleistą tokiuose sprogimuose, masyvių žvaigždžių gyvavimo ciklą ir dvejetainių žvaigždžių formavimąsi. Tačiau iš didesnio šių įvykių pavyzdžio yra daug daugiau mokymosi.

Su „Zwicky Transient Facilty“ - „iPTF“, galinčia nuskaityti dangų 10 kartų greičiau - ir pasaulinio teleskopų tinklo, vadinamo „GROWTH“, tikimės, kad galėsime matyti daugiau ultravioletinių sprogimų, pradedant naują epizodą, suprasdami šias unikalias žvaigždių sistemas.

Šis straipsnis iš pradžių buvo paskelbtas Kishalay De pokalbyje. Skaitykite originalų straipsnį čia.