Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ένα ζευγάρι αστεριών που κυκλώνουν το ένα το άλλο σε μόλις 51 λεπτά, που είναι η πιο γρήγορη τροχιά που έχει δει ποτέ σε ένα τέτοιο ζεύγος. Το σύστημα έχει ονομαστεί ZTF J1813+4251 και είναι ένα παράδειγμα μιας κατακλυσμικής μεταβλητής - μια διάταξη που αποτελείται από ένα αστέρι σε μια σφιχτή τροχιά γύρω από ένα νεκρό αστέρι που ονομάζεται λευκός νάνος.
Καθώς τα δύο αστρικά αντικείμενα σε μια κατακλυσμική μεταβλητή χάνουν ενέργεια από την εκπομπή βαρυτικών κυμάτων, έρχονται πιο κοντά μεταξύ τους και ο λευκός νάνος αρχίζει να «τρέφεται» από το αστέρι «δότης» που μοιάζει με Ήλιο, αφαιρώντας υλικό από την επιφάνειά του. Το ZTF J1813+4251 βρίσκεται 3000 έτη φωτός από τη Γη και αντιπροσωπεύει την πρώτη απόδειξη ότι οι κατακλυσμικές μεταβλητές μπορούν να συρρικνωθούν αρκετά ώστε να έχουν μια τόσο σύντομη τροχιακή περίοδο.
«Με την ανακάλυψη του ZTF J1813+4251, γνωρίζουμε τώρα ότι, σε σπάνιες περιπτώσεις, οι κατακλυσμικές μεταβλητές μπορούν να συρρικνωθούν σε μια τροχιακή περίοδο πολύ μικρότερη από 75 λεπτά», μέλος της ομάδας και ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ. Γιαν βαν Ρόστελ, είπε στους Κόσμος Φυσικής. «Υπήρχαν θεωρητικές προβλέψεις ότι αυτό θα μπορούσε να συμβεί, αλλά η ανακάλυψη του ZTF J1813+4251 το επιβεβαιώνει χωρίς καμία αμφιβολία».
Van Roestel, μαζί με Κέβιν Μπερτζ του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης και οι συνεργάτες του προσδιόρισαν επίσης άλλες ιδιότητες κάθε αστεριού – συμπεριλαμβανομένων των μαζών και των ακτίνων τους.
Μικρό σύστημα
«Το δυαδικό σύστημα αποτελείται από έναν λευκό νάνο και ένα αστέρι δότη με μάζα περίπου 0.55 και 0.1 ηλιακές μάζες αντίστοιχα», λέει ο van Roestel. Η απόσταση μεταξύ τους είναι μόνο 0.4 της ακτίνας του Ήλιου, πράγμα που σημαίνει ότι ολόκληρο το δυαδικό σύστημα θα μπορούσε εύκολα να χωρέσει μέσα στο αστέρι μας. Η έρευνα υποδηλώνει επίσης ότι αυτή η σφιχτή τροχιά είναι το αποτέλεσμα της εξαιρετικά υψηλής πυκνότητας του αστέρα-δότη.
Οι αστρονόμοι βρήκαν το ZTF J1813+4251 σε μια τεράστια συλλογή αστεριών που παρατηρήθηκε από το Zwicky Transient Facility (ZTF), το οποίο χρησιμοποιεί μια κάμερα συνδεδεμένη σε ένα τηλεσκόπιο στο Παρατηρητήριο Palomar στην Καλιφόρνια. Η ZTF έχει τραβήξει περισσότερες από 1000 φωτογραφίες υψηλής ανάλυσης μεγάλων περιοχών του ουρανού καταγράφοντας αλλαγές στη φωτεινότητα 1 δισεκατομμυρίου αστεριών σε περιόδους που ποικίλλουν από ημέρες σε χρόνια.
Η ομάδα χρησιμοποίησε έναν αλγόριθμο για να αναζητήσει αυτά τα δεδομένα για αστέρια που φαινόταν να αναβοσβήνουν επανειλημμένα μέσα σε διάστημα μικρότερο από μία ώρα. Τέτοιες λάμψεις μπορεί να προκληθούν από δύο αστέρια σε στενή τροχιά, με το ένα αστέρι να μπλοκάρει για λίγο το φως από το άλλο – όπως συμβαίνει με το ZTF J1813+4251.
Σπάνιο στάδιο εξέλιξης
Οι παρατηρήσεις αποκάλυψαν επίσης ότι το σύστημα βρίσκεται σε ένα ενδιαφέρον στάδιο της εξέλιξής του. «Ανακαλύψαμε ότι αυτή η κατακλυσμική μεταβλητή κάνει κάτι πολύ ιδιαίτερο, μεταβαίνοντας από την αύξηση του υδρογόνου στην αύξηση του ηλίου», εξηγεί ο Burdge.. «Αυτό συμβαίνει επειδή ο λευκός νάνος άρχισε να τρώει ένα παλιό αστέρι της κύριας ακολουθίας πολύ κοντά στο τέλος της ζωής του, αφού αυτό το αστέρι είχε δημιουργήσει σημαντικό ήλιο στον πυρήνα του».
Τώρα, η ατμόσφαιρα υδρογόνου του αστεριού-δότη έχει σχεδόν εξαφανιστεί, με τον λευκό νάνο να αφαιρεί τα τελευταία υπολείμματά του από τον σύντροφό του. Ως αποτέλεσμα, αυτό το αστέρι δωρητής σύντομα θα μετατραπεί σε έναν πυρήνα πλούσιο σε ήλιο, τον οποίο ο λευκός νάνος σύντροφός του θα συνεχίσει να γλεντάει. Η ομάδα προβλέπει επίσης ότι η τροχιακή περίοδος αυτού του συστήματος θα συνεχίσει να συντομεύεται και σε περίπου 70 εκατομμύρια χρόνια θα μπορούσε να είναι μόλις 20 λεπτά.
«Το μέλλον αυτού του δυαδικού αστεριού καθοδηγείται από βαρυτικά κύματα», λέει ο van Roestel. «Τα δύο αστέρια έχουν αρκετή μάζα και περιφέρονται το ένα γύρω από το άλλο αρκετά κοντά ώστε να χάνουν σιγά-σιγά τη γωνιακή ορμή μέσω των βαρυτικών κυμάτων, γεγονός που προκαλεί περαιτέρω μείωση της περιόδου τροχιάς και του διαχωρισμού τους».
Παρατηρήσεις βαρυτικών κυμάτων
Κατ' αρχήν, αυτά τα βαρυτικά κύματα θα μπορούσαν να ανιχνευθούν από τους αστρονόμους. Ωστόσο, τα σημερινά παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων δεν είναι αρκετά ευαίσθητα για να το κάνουν αυτό. Στο μέλλον, η μελέτη τέτοιων συστημάτων θα μπορούσε να γίνει χρησιμοποιώντας τη σχεδιαζόμενη διαστημική κεραία συμβολόμετρου λέιζερ (LISA), η οποία θα είναι πιο ευαίσθητη από τους υπάρχοντες ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων στη Γη.
Οι αστρονόμοι εξηγούν την «μπερδεμένη» εικόνα του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb από δυαδικό αστέρι
«Αυτή η ανακάλυψη είναι μεγάλη υπόθεση, επειδή αυτή τη στιγμή κατασκευάζεται ένας ανιχνευτής βαρυτικών κυμάτων, ο οποίος θα βρίσκεται στο διάστημα, που ονομάζεται LISA, και θα βλέπει βαρυτικά κύματα από αντικείμενα με τροχιακές περιόδους όπως το ZTF J1813+4251», λέει ο Burdge. Προσθέτει ότι αυτή η μελλοντική έρευνα θα μπορούσε να συμπληρώσει ένα βασικό στοιχείο που λείπει από την κατανόησή μας για το πώς εξελίσσονται τα αστέρια.
«Οι κατακλυσμικές μεταβλητές είναι πραγματικά σπουδαία εργαστήρια για τη μελέτη της φυσικής προσαύξησης και της δυαδικής εξέλιξης. Τα σχολικά βιβλία τείνουν να επικεντρώνονται σε μεμονωμένα αστέρια όπως ο Ήλιος. Το θέμα είναι ότι αυτή η απλή ιστορία απλά δεν λειτουργεί αν βάλεις δύο αστέρια σε ένα δυαδικό αρχείο το ένα δίπλα στο άλλο, γιατί θα αλληλεπιδράσουν και αυτό μπορεί να αλλάξει εντελώς το αποτέλεσμα.»
«Μελετώντας αυτά τα στενά αλληλεπιδρώντα δυαδικά, όπως οι κατακλυσμικές μεταβλητές, συλλέγουμε τις πληροφορίες που χρειάζονται για να ολοκληρώσουμε τα σχολικά βιβλία για την αστρική εξέλιξη. Δηλαδή, αρχίζουμε να κατανοούμε την αστρική δυαδική εξέλιξη. Αυτό το σύστημα απαντά βασικά σε ένα βασικό ερώτημα για το πώς σχηματίζονται κατακλυσμικά μεταβλητά δυαδικά.
Η παρατήρηση περιγράφεται στο Φύση.
