A csillagászok felfedeztek egy csillagpárt, amelyek mindössze 51 perc alatt keringenek egymás körül, ami a valaha látott leggyorsabb keringés egy ilyen párosítás során. A rendszer a ZTF J1813+4251 nevet kapta, és egy példa a kataklizmikus változóra – egy olyan elrendezésre, amely egy csillagból áll szoros pályán egy halott csillag körül, amelyet fehér törpének neveznek.
Ahogy a kataklizmikus változóban lévő két csillagtárgy energiát veszít a gravitációs hullámok kibocsátása miatt, közelebb kerülnek egymáshoz, és a fehér törpe elkezd "táplálni" a Nap-szerű "donor" csillagot, és letépi az anyagot a felszínéről. A ZTF J1813+4251 a Földtől 3000 fényévre található, és az első bizonyítéka annak, hogy a kataklizmikus változók eléggé zsugorodhatnak ahhoz, hogy ilyen rövid keringési periódusuk legyen.
"A ZTF J1813+4251 felfedezésével ma már tudjuk, hogy ritka esetekben a kataklizmikus változók 75 percnél jóval rövidebb keringési periódusra zsugorodhatnak" - mondta a csapat tagja és az Amszterdami Egyetem kutatója. Jan van Roestel, elmondta Fizika világ. "Voltak elméleti előrejelzések, hogy ez megtörténhet, de a ZTF J1813+4251 felfedezése ezt minden kétséget kizáróan megerősíti."
Van Roestel, vele együtt Kevin Burdge A Massachusetts Institute of Technology munkatársai és munkatársai az egyes csillagok egyéb tulajdonságait is meghatározták – beleértve a tömegüket és sugarukat.
Pici rendszer
"A kettős rendszer egy fehér törpéből és egy donorcsillagból áll, amelyek tömege körülbelül 0.55, illetve 0.1 naptömeg" - mondja van Roestel. A köztük lévő távolság mindössze 0.4 a Nap sugarának, ami azt jelenti, hogy az egész kettős rendszer könnyen elférne csillagunk belsejében. A kutatás arra is utal, hogy ez a szűk pálya a donorcsillag rendkívül nagy sűrűségének az eredménye.
A csillagászok a ZTF J1813+4251-et a Zwicky Transient Facility (ZTF) által megfigyelt hatalmas csillaggyűjteményben találták meg, amely a kaliforniai Palomar Obszervatórium teleszkópjához csatlakoztatott kamerát használ. A ZTF több mint 1000 nagy felbontású képet készített az égbolt széles területeiről, amelyek 1 milliárd csillag fényerejének változását örökítették meg napról évre változó időszakokban.
A csapat egy algoritmus segítségével keresett ezekben az adatokban olyan csillagokat, amelyek egy óránál rövidebb időn belül ismételten felvillanni látszottak. Ilyen felvillanásokat okozhat két csillag szoros pályán, az egyik csillag rövid ideig blokkolja a fényt a másik elől – ahogy a ZTF J1813+4251 esetében is.
Az evolúció ritka szakasza
A megfigyelésekből az is kiderült, hogy a rendszer fejlődésének érdekes szakaszában van. "Felfedeztük, hogy ez a kataklizmikus változó valami nagyon különlegeset csinál, áttér a hidrogén felhalmozódásáról a hélium akkréciójára" - magyarázza Burdge. "Ez azért történik, mert a fehér törpe élete vége felé kezdett enni egy régi fősorozatú csillagot, miután a csillag jelentős héliumot épített fel a magjában."
Mostanra a donorcsillag hidrogénatmoszférája majdnem eltűnt, és a fehér törpe az utolsó maradványait is megfosztotta partnerétől. Ennek eredményeként ez a donorcsillag hamarosan héliumban gazdag maggá redukálódik, amelyből fehér törpe társa továbbra is lakmározni fog. A csapat azt is jósolja, hogy ennek a rendszernek a keringési ideje tovább fog rövidülni, és körülbelül 70 millió év múlva akár 20 perc is lehet.
„E kettőscsillag jövőjét a gravitációs hullámok vezérlik” – mondja van Roestel. "A két csillag elég nagy tömegű, és elég közel kering egymáshoz ahhoz, hogy a gravitációs hullámokon keresztül lassan elveszítsék szögimpulzusukat, aminek következtében keringési periódusuk és szétválásuk tovább csökken."
Gravitációs hullám megfigyelések
Elvileg ezeket a gravitációs hullámokat a csillagászok észlelni tudták. A jelenlegi gravitációs hullám-obszervatóriumok azonban nem elég érzékenyek ehhez. A jövőben az ilyen rendszerek tanulmányozása a tervezett lézerinterferométer űrantenna (LISA) segítségével történhet, amely érzékenyebb lesz, mint a meglévő földi gravitációs hullámdetektorok.
A csillagászok megmagyarázzák a James Webb űrteleszkóp kettőscsillagról készült képét
"Ez a felfedezés nagy dolog, mert jelenleg készül egy gravitációs hullám detektor, amely fent lesz az űrben, LISA néven, amely olyan objektumok gravitációs hullámait fogja látni, amelyek keringési periódusai, például a ZTF J1813+4251" - mondja Burdge. Hozzáteszi, hogy ez a jövőbeli vizsgálat kiegészítheti azt a kulcsfontosságú elemet, amely hiányzik a csillagok fejlődésének megértéséhez.
„A kataklizmikus változók igazán nagyszerű laboratóriumok az akkréciós fizika és a bináris evolúció tanulmányozására. A tankönyvek általában az elszigetelt csillagokra, például a Napra összpontosítanak. A helyzet az, hogy ez az egyszerű történet egyszerűen nem működik, ha két csillagot egymás mellé teszünk egy binárisba, mert kölcsönhatásba lépnek egymással, és ez teljesen megváltoztathatja az eredményt.”
„Azáltal, hogy tanulmányozzuk ezeket a szorosan kölcsönható binárisokat, például a kataklizmikus változókat, összegyűjtjük a csillagok evolúciójáról szóló tankönyvek befejezéséhez szükséges információkat. Nevezetesen, kezdjük megérteni a csillagok bináris evolúcióját. Ez a rendszer alapvetően arra a kulcskérdésre ad választ, hogy hogyan alakulnak ki a kataklizmikus változó binárisok.”
A megfigyelés leírása a Nature.
