Astronomer har oppdaget et par stjerner som sirkler rundt hverandre på bare 51 minutter, som er den raskeste banen som noen gang er sett i en slik sammenkobling. Systemet har blitt kalt ZTF J1813+4251 og er et eksempel på en kataklysmisk variabel – et arrangement som består av en stjerne i en tett bane rundt en død stjerne kalt en hvit dverg.
Ettersom de to stjerneobjektene i en kataklysmisk variabel mister energi ved emisjon av gravitasjonsbølger, trekkes de nærmere hverandre og den hvite dvergen begynner å "mate" på den sollignende "donor"-stjernen, og river materiale fra overflaten. ZTF J1813+4251 ligger 3000 lysår fra Jorden og representerer det første beviset på at kataklysmiske variabler kan krympe nok til å ha en så kort omløpsperiode.
"Med oppdagelsen av ZTF J1813+4251 vet vi nå at i sjeldne tilfeller kan kataklysmiske variabler krympe til en omløpsperiode mye kortere enn 75 minutter," teammedlem og forsker ved Universitetet i Amsterdam, Jan van Roestel, Fortalte Fysikkverden. "Det var teoretiske spådommer om at dette kunne skje, men oppdagelsen av ZTF J1813+4251 bekrefter dette uten tvil."
Van Roestel, sammen med Kevin Burdge ved Massachusetts Institute of Technology og kolleger bestemte også andre egenskaper til hver stjerne - inkludert massene og radiene deres.
Lite system
"Det binære systemet består av en hvit dverg og en donorstjerne med en masse på henholdsvis rundt 0.55 og 0.1 solmasser," sier van Roestel. Avstanden mellom dem er bare 0.4 av solens radius, noe som betyr at hele binærsystemet lett kan passe inn i stjernen vår. Forskningen tyder også på at denne tette banen er et resultat av den ekstremt høye tettheten til giverstjernen.
Astronomene fant ZTF J1813+4251 i en enorm samling stjerner observert av Zwicky Transient Facility (ZTF), som bruker et kamera festet til et teleskop ved Palomar Observatory i California. ZTF har tatt mer enn 1000 høyoppløselige bilder av store områder på himmelen og fanger opp endringer i lysstyrken til 1 milliard stjerner over perioder som varierer fra dager til år.
Teamet brukte en algoritme for å søke i disse dataene etter stjerner som så ut til å blinke gjentatte ganger i løpet av mindre enn en time. Slike blink kan være forårsaket av to stjerner i en tett bane, hvor en stjerne kort blokkerer lyset fra den andre – slik tilfellet er for ZTF J1813+4251.
Sjeldent stadium av evolusjonen
Observasjonene avslørte også at systemet er i et interessant stadium av utviklingen. "Vi oppdaget at denne kataklysmiske variabelen gjør noe veldig spesielt, og går over fra hydrogenakkresjon til heliumakkresjon," forklarer Burdge. "Dette skjer fordi den hvite dvergen begynte å spise en gammel hovedsekvensstjerne veldig nær slutten av livet etter at den stjernen hadde bygget opp betydelig helium i kjernen."
Nå er hydrogenatmosfæren til donorstjernen nesten borte, og den hvite dvergen fjerner de aller siste restene av den fra partneren. Som et resultat vil denne donorstjernen snart bli redusert til en heliumrik kjerne, som dens hvite dvergfølgesvenn vil fortsette å feste seg med. Teamet spår også at omløpsperioden til dette systemet vil fortsette å forkortes og om rundt 70 millioner år kan det være så kort som 20 minutter.
"Fremtiden til denne binære stjernen er drevet av gravitasjonsbølger," sier van Roestel. "De to stjernene er massive nok og går i bane rundt hverandre nær nok til at de sakte mister vinkelmomentum gjennom gravitasjonsbølgene, noe som fører til at deres omløpsperiode og separasjon reduseres ytterligere."
Gravitasjonsbølgeobservasjoner
I prinsippet kunne disse gravitasjonsbølgene oppdages av astronomer. Imidlertid er nåværende gravitasjonsbølgeobservatorier ikke følsomme nok til å gjøre dette. I fremtiden kan studiet av slike systemer gjøres ved hjelp av den planlagte Laser Interferometer Space Antenna (LISA), som vil være mer følsom enn eksisterende jordbaserte gravitasjonsbølgedetektorer.
Astronomer forklarer "forvirrende" James Webb Space Telescope-bilde av en dobbeltstjerne
"Denne oppdagelsen er en stor sak fordi det for tiden bygges en gravitasjonsbølgedetektor, som vil være oppe i rommet, kalt LISA, som vil se gravitasjonsbølger fra objekter med omløpsperioder som ZTF J1813+4251," sier Burdge. Han legger til at denne fremtidige undersøkelsen kan fylle ut et nøkkelelement som mangler i vår forståelse av hvordan stjerner utvikler seg.
"Kataklysmiske variabler er virkelig gode laboratorier for å studere akkresjonsfysikk og binær evolusjon. Lærebøker har en tendens til å fokusere på isolerte stjerner som solen. Saken er at den enkle historien bare ikke fungerer hvis du setter to stjerner i en binær ved siden av hverandre, fordi de vil samhandle, og det kan endre resultatet fullstendig.»
"Ved å studere disse nært interagerende binærfilene, som kataklysmiske variabler, samler vi inn informasjonen som trengs for å fullføre lærebøkene om stjernenes evolusjon. Vi begynner nemlig å forstå stjernenes binære evolusjon. Dette systemet svarer i utgangspunktet på et nøkkelspørsmål om hvordan kataklysmiske variable binærer dannes."
Observasjonen er beskrevet i Nature.
