Kā notiek bināro zvaigžņu sistēmu forma? Astronomi beidzot atrisina noslēpumu

Spilgts supernovas sprādziens, vairāk nekā miljards reižu spilgtāks nekā mūsu saule, iezīmēja neitronu zvaigzni, kas orbitēja tās karsto un blīvo pavadoni. Tagad šīs divas blīvās paliekas ir paredzētas spirālveidīgam viena otram apmēram miljarda gadu laikā, galu galā apvienojot un radot dažus no vissmagākajiem zināmiem elementiem Visumā.

Sprādziens notika galaktikā, kas ir līdzīga mūsu pašu Piena ceļam, gandrīz 920 miljonu gaismas gadu attālumā. Neliels teleskops pie Palomaras observatorijas Kalifornijā atklāja pirmos fotonus no supernovas - ar nosaukumu “iPTF 14gqr” - tikai dažas stundas pēc sprādziena, kad tas bija vairāk nekā 10 reizes karstāks nekā mūsu saules virsma. Tā kā nākamo divu nedēļu laikā supernovas spilgtums attīstījās, starptautiskā astronomu komanda izmantoja datus, lai izsekotu sprādziena izcelsmi līdz masveida zvaigznei ar rādiusu 500 reizes vairāk nekā saule.

Bet tas nebija tikai zvaigznes milzīgais lielums, kas padarīja šo atklājumu īpaši nozīmīgu. Tas bija neparasts, ka zvaigzne arī šķita vieglākā no visām zināmajām eksplodējošajām milzīgajām zvaigznēm. Šī masīvā zvaigzne bija aplaupīta gandrīz visas tās masas dēļ, iespējams, ar blīvu orbitālu partneri. Kad tas eksplodēja, tas aizgāja no jaundzimušo neitrona zvaigzne, kas turpināja orbītā ap savu biedru.

Izpratne par bināro zvaigžņu sistēmu veidošanos, kurās divas super blīvas zvaigznes cits citam cits citam ir bijusi mīkla. Šīs īslaicīgās supernovas, kas rada šīs blīvās bināro zvaigžņu sistēmas, ir gan retas, gan grūti atrodamas, jo tās ātri parādās un pazūd debesīs - aptuveni piecas reizes ātrāk nekā tipiska supernova.

Šis pirmais novērojums par „ultra-atdalītu” supernovu, kuru mans kolēģis un es detalizēti pētīju jaunā pētījumā, ne tikai sniedz ieskatu šo sistēmu veidošanā, bet arī atklāj šo unikālo masīvo zvaigznju dzīves pēdējos posmus. pirms viņu nāves izlaupīja visu savu masu.

Ilgstoša noslēpuma atrisināšana

Zvaigznes, kas piedzimušas ar vairāk nekā astoņām reizēm saules masai, ātri iztecē no degvielas un beidzas pēc smaguma smaguma, kad tās beidzas - sabrūkot sev un supernovā. Kad tas notiek, visi zvaigžņu ārējie slāņi - pāris reizes saules masa - ir izkaisīti.

Kad es sāku strādāt ar savu padomnieku Mansi Kasliwal kā jaunu absolventu, es nolēmu studēt supernovu, kas ātri izbalē. Iegūstot iPTF atklāto notikumu datubāzi, es nonācu pie iPTF 14gqr, kas ātri izbalējis supernova, kas tika atklāta vairāk nekā pirms gada, bet kura patiesā fiziskā daba palika noslēpumaina.

Dati bija mulsinoši, jo mūsu sākotnējie modeļi liecināja, ka šo supernovu izraisīja milzīgas milzīgas zvaigznes nāve, tomēr sprādziens pats par sevi bija diezgan vājš. Tā izspiež tikai piekto daļu no saules masas, bet tā enerģija bija tikai desmitā daļa no tipiskas supernovas. Kur bija viss trūkstošais jautājums un enerģija?

Paskaidrojumi norādīja, ka sprādzienbīstamā zvaigzne pirms sprādziena ir bijusi noņemta gandrīz visa tā sākotnējā masa. Bet ko varēja nozagt tik daudz no šīs milzīgās zvaigznes? Varbūt neredzams binārs biedrs?

Es sāku lasīt par retiem bināro zvaigžņu scenārijiem, kad es pirmo reizi nonācu pie idejas par „ultra-atdalītu supernovu”.

Ultra-striped Supernovae

Ja masveida zvaigznei ir blīva un blakus esoša binārā pavadoņa zvaigzne, spilgtais kompanjona gravitācijas vilcējs var aplaupīt gandrīz neaptveramo kaimiņu gandrīz visu tās masu, pirms tas eksplodē - līdz ar to termins “ultra-atdalīts”.

Ļoti slīpēta supernova atstāj aiz neitronu zvaigžņu, strauji vēršama blīva zvaigžņu līķis, kas satur nedaudz vairāk nekā saules masa, kas ieplīsusi Losandželosas centra lieluma reģionā. Šī neitronu zvaigzne ir iesprostota šaurā orbītā ap savu biedru. Biedrs, iespējams, ir vēl viena neitronu zvaigzne vai pat balts punduris vai melns caurums, kas veidojies no masveida zvaigzne, kas nomira vairākus miljonus gadu pirms tā pavadnieka.

Šādas binārās sistēmas jau vairākus gadu desmitus ir bijušas svarīga astrofizikas izmeklēšanas joma. Mēs esam tieši novērojuši daudzas šādas sistēmas savā galaktikā ar optiskiem un radio teleskopiem. Pirmā netiešā gravitācijas viļņu atklāšana radās no dubultās neitronu zvaigznes sistēmas novērojumiem. Pavisam nesen pirmo divkāršo neitronu zvaigžņu sistēmas apvienošanos atklāja gan uzlabotā LIGO, gan 2017. gadā elektromagnētiskajos viļņos, radot astronomiem unikālus ieskatus gravitācijas darbā un smago elementu izcelsmi visumā.

Tomēr tas jau sen ir palicis noslēpums, kā binārās zvaigznes veidojas. Mēs zinām, ka supernovas sprādzienos veidojas neitronu zvaigznes. Bet, lai iegūtu bināras neitronu zvaigznes, jums ir nepieciešams divās masīvās zvaigznes, lai sāktu. Tomēr tas prasa precīzu spēku līdzsvaru, lai pārliecinātos, ka bināro neitronu zvaigznes paliek pietiekami stabilas, lai izdzīvotu divus vardarbīgos sprādzienus, kas rada sistēmu.

Vairākas netiešo pierādījumu līnijas liecina, ka tās veidojas ļoti reti sastopamu vāju ultra-atdalītu supernovas sprādzienu klasē. Taču šie vāji sprādzieni līdz šim ir izbēguši no tiešas atklāšanas. Šis pirmais novērojuma pierādījums ultra noņemtajai supernovai paver iespēju izprast saspringto neitronu zvaigžņu bināro sistēmu veidošanos.

Skenēšana debesīs zīdaiņu sprādzieniem

Mūsu supernova tika konstatēta starpposma Palomar Transient Factory (iPTF) aptaujā. Automatizētajā iPTF aptaujā tika izmantota liela kamera, kas uzstādīta uz 1 metru teleskopa, lai fotografētu debesis katru nakti un meklētu “jaunas zvaigznes”. Meklēšanas prioritāte bija zīdaiņu supernovu medīšana un izcelsmes noteikšana.

Ikreiz, kad tiek atrasts jauns zvaigzne, apsekojuma robots nekavējoties brīdina par pilngadīgu astronomu, kas atrodas pilnīgi citā laika zonā, lai sekotu līdzi. Šī stratēģija kopā ar globālo teleskopu tīklu ļāva mums rīkoties ar vairākām eksplodējošām zvaigznēm un saprast, ko viņi izskatījās tieši pirms tās eksplodēja. Faktiski, reti sastopamas superšķirtas brīžus pēc sprādziena atradās laimīga sakritība!

Šis vienīgais notikums ir devis mums pirmo ieskatu šādā sprādzienā izlaistajā masā un enerģijā, masveida zvaigznes dzīves ciklā un bināro zvaigžņu veidošanā. Tomēr no daudziem šiem notikumiem ir daudz ko mācīties.

Ar Zwicky Transient Facilty - iPTF pēcteci, kas var skenēt debesis 10 reizes ātrāk - un globālo teleskopu tīklu, ko sauc par GROWTH, mēs ceram, ka mēs redzēsim vairāk ultravioletus sprādzienus, sākot jaunu epizodi, lai saprastu šīs unikālās zvaigznes sistēmas.

Šis raksts sākotnēji tika publicēts Kishalay De sarunā. Lasiet oriģinālo rakstu šeit.