Ανακαλύφθηκε κατακλυσμικό ζευγάρι αστεριών με τη συντομότερη γνωστή τροχιά

Τα περισσότερα αστέρια του σύμπαντος υπάρχουν σε ζεύγη, μερικές φορές αφού το πιο ογκώδες ολοκλήρωσε τον κύκλο ζωής του και έγινε λευκός νάνος. Αυτή η εξέλιξη αλλάζει τον χορό μεταξύ των δύο, τουλάχιστον αν ήταν αρκετά κοντά στην εκκίνηση, καθώς το ισχυρό βαρυτικό πεδίο του νάνου έλκει τα εξωτερικά στρώματα του αστεριού της κύριας ακολουθίας προς αυτό, αναγκάζοντας τα δύο να περιφέρονται όλο και πιο κοντά.

Όταν μεταφέρεται αρκετό υλικό με αυτόν τον τρόπο, το ζεύγος γίνεται μια κατακλυσμική μεταβλητή (CV). Το όνομα δεν προέρχεται από έναν επικείμενο Αρμαγεδδώνα, αλλά οι σύντομες λάμψεις φωτός που απελευθερώνουν αυτά τα αστέρια όταν έλκεται αρκετό υδρογόνο στον λευκό νάνο για να εξαπολύσει πυρηνική σύντηξη. Οι αστρονόμοι που παρατήρησαν πρώτοι αυτά τα γεγονότα δεν γνώριζαν την αιτία, αλλά κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι κάτι τεράστιο πρέπει να είναι υπεύθυνο. Αυτός ο τύπος αντικειμένου αντιπροσωπεύει την πλειονότητα των νέων - αστέρια που ονομάζονται νέα επειδή ξαφνικά φωτίζονται αρκετά ώστε να γίνουν ορατά.

Το πρόσφατα ανακαλυφθέν σύστημα ZTF J1813+4251, που αναφέρεται στο Nature, έχει μια περίοδο τροχιάς μόλις 51 λεπτών, τον μικρότερο χρόνο που έχει παρατηρηθεί ποτέ για αυτόν τον συνδυασμό τύπων αστεριών να περιφέρεται ο ένας γύρω από τον άλλο. Αυτό και μόνο θα ενδιέφερε τους αστρονόμους, αλλά το ZTF J1813+4251 είναι σημαντικό για έναν άλλο λόγο – το ζεύγος επισκιάζει το ένα το άλλο όπως φαίνεται από τη Γη, επιτρέποντας στους παρατηρητές να μετρήσουν τις ιδιότητές τους με ασυνήθιστη λεπτομέρεια.

Οι αστρονόμοι είχαν προβλέψει προηγουμένως ότι θα συμβεί μια μετάβαση καθώς τα CV πλησιάζουν το ένα στο άλλο, φτάνοντας στο σημείο όπου ο λευκός νάνος έχει συσσωρεύσει ή συλλάβει όλο το υδρογόνο από το σύντροφό του και τώρα αντλεί ήλιο.

Έχουν ανιχνευθεί βιογραφικά σημειώματα που συσσωρεύουν ήλιο και οι αστρονόμοι υποπτεύονται ότι εξελίχθηκαν από πιο συμβατικά βιογραφικά σημειώματα, αλλά δεδομένου ότι η διαδικασία θα είχε συμβεί πριν από δεκάδες ή εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, αυτό δεν έχει επιβεβαιωθεί.

«Πρόκειται για μια σπάνια περίπτωση όπου πιάσαμε ένα από αυτά τα συστήματα να αλλάζει από υδρογόνο σε συσσώρευση ηλίου», είπε ο Δρ Kevin Burdge του MIT σε μια δήλωση. "Οι άνθρωποι προέβλεψαν ότι αυτά τα αντικείμενα θα έπρεπε να μεταβούν σε υπερμικρές τροχιές και συζητήθηκε για μεγάλο χρονικό διάστημα εάν θα μπορούσαν να γίνουν αρκετά κοντά ώστε να εκπέμπουν ανιχνεύσιμα βαρυτικά κύματα. Αυτή η ανακάλυψη το αφήνει να σταματήσει."

Ο Burdge και οι συν-συγγραφείς βρήκαν το ZTF J1813+4251 αναλύοντας έρευνες στον ουρανό που κάλυπταν περισσότερα από 1,2 δισεκατομμύρια αστέρια και αναζητώντας εκείνα που φωτίστηκαν και εξασθενούσαν σε πολύ σύντομα χρονικά διαστήματα. Η λάμψη δεν προέρχεται από εκρήξεις σύντηξης στον λευκό νάνο –αυτές είναι πολύ πιο σπάνιες και λιγότερο κανονικές– αλλά από τη διαδικασία έκλειψης όπου το ένα αστέρι εμποδίζει το φως του άλλου.

Με την πεποίθηση ότι μόνο ένα δυαδικό ζεύγος, και πιθανώς ένα βιογραφικό, θα έδειχνε έναν κύκλο σαν αυτόν, ο Burdge και οι συνεργάτες του βρήκαν χρόνο σε δύο από τα σπουδαία τηλεσκόπια του κόσμου για να παρατηρήσουν λεπτομερώς τον κύκλο φωτός. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το σύστημα βρίσκεται περίπου 3.000 έτη φωτός μακριά και μπορούμε να το δούμε αρκετά καθαρά ώστε να μετρήσουμε τόσο τη μάζα όσο και την ακτίνα κάθε στοιχείου.

Ο λευκός νάνος έχει περίπου τη μισή μάζα του Ήλιου, αλλά στη φύση τέτοιων καμένων αστεριών είναι πολύ μικρότερος. Ο σύντροφός του έχει περίπου 0,12 ηλιακές μάζες και μοιάζει σε μέγεθος με τον Δία.

Ένα αστέρι που μοιάζει με ήλιο που ήταν ακόμη κυρίως υδρογόνο δεν θα μπορούσε να έχει τόσο μικρή τροχιά:ο Burdge είπε ότι οτιδήποτε λιγότερο από περίπου οκτώ ώρες θα ήταν αδύνατο. Έχοντας χάσει το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου του στον λευκό νάνο, ωστόσο, το αστέρι στο ZTF J1813+4251 έχει μειωθεί σχεδόν στον πυρήνα του ηλίου, του οποίου η υψηλότερη πυκνότητα καθιστά πιθανές μικρότερες τροχιές.

Προβάλλοντας προς τα εμπρός, οι συγγραφείς προβλέπουν ότι το ZTF J1813+4251 θα φτάσει σε τροχιά μόλις 18 λεπτών περίπου 75 εκατομμύρια χρόνια στο μέλλον, όταν το σύστημα θα συσσωρεύεται πλήρως με ήλιο. Παραδόξως, τα αστέρια δεν θα συγκρουστούν στη συνέχεια, αλλά αντίθετα θα απομακρυνθούν αργά και το αστέρι δότης θα κρυώσει.

Οι συγγραφείς αναμένουν ότι θα είναι σε θέση να ανιχνεύσουν τη μείωση της τροχιάς μέσα σε μια δεκαετία και να ανιχνεύσουν τα βαρυτικά κύματα από το σύστημα χρησιμοποιώντας τα προσεχή όργανα. Αυτό θα επιτρέψει στους αστρονόμους να δοκιμάσουν τις προβλέψεις του Αϊνστάιν για την επιβράδυνση που παράγεται από ένα βαρυτικό κύμα συγκεκριμένου μεγέθους.

Αν και είναι γνωστά περισσότερα από 1.000 βιογραφικά, μόνο 12 έχουν τροχιές μικρότερες από 75 λεπτά. Ως εκ τούτου, το ZTF J1813+4251 δεν είναι μόνο ρεκόρ, αλλά δεν έχει και πολλά κοντινά αντίστοιχα που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για παρόμοιες παρατηρήσεις.

«Αυτό είναι ένα ειδικό σύστημα», είπε ο Burdge. «Είμαστε διπλά τυχεροί που βρήκαμε ένα σύστημα που απαντά σε μια μεγάλη ανοιχτή ερώτηση και είναι μια από τις πιο όμορφες κατακλυσμικές μεταβλητές που είναι γνωστές».

Η εργασία δημοσιεύεται στο Nature.