Cum formează sistemele binare de stele? Astronomii rezolvă în final misterul

O explozie spectaculoasă a supernovelor, mai mult de un miliard de ori mai strălucitoare decât soarele nostru, a marcat nașterea unei stele neutronice care orbitează însoțitorul său fierbinte și dens. Acum, aceste două rămășițe dense sunt destinate să se spire între ele în aproximativ un miliard de ani, în cele din urmă îmbinând și dând unele dintre cele mai grele elemente cunoscute din univers.

Explozia a apărut într-o galaxie asemănătoare cu cea a Căii noastre Lactee, aproape 920 milioane de ani-lumină distanță. Un telescop mic de la Observatorul Palomar din California a detectat primele fotoni de la supernova - numiți "iPTF 14gqr" - doar câteva ore după explozie, când a fost de peste 10 ori mai fierbinte decât suprafața soarelui. Pe măsură ce strălucirea supernovei a evoluat în următoarele două săptămâni, o echipă internațională de astronomi a folosit datele pentru a detecta originea exploziei unei stele masive, cu o rază de 500 de ori mai mare decât cea a soarelui.

Dar nu numai dimensiunea gigantică a stelei a făcut această descoperire deosebit de demnă de remarcat. Ceea ce era neobișnuit era că și steaua părea a fi cea mai ușoară dintre toate stelele uriașe explozive cunoscute. Această stea masivă fusese jefuită de aproape toată masa, probabil de un partener dens pe orbită. Când a explodat, a lăsat în urmă o stea neutronică nou-născută care a continuat să-și orbiteze însoțitorul.

Înțelegerea formării sistemelor stelare binare în care două stele super-orbite se învârt în jurul lor au fost întotdeauna un puzzle. Aceste supernove care trec prin aceste sisteme dense de stele binare sunt atât rare, cât și greu de găsit, deoarece apar repede și dispar pe cer - de aproximativ cinci ori mai repede decât o supernova tipică.

Această primă observare a supernovei "ultra-dezbrăcate", pe care colegii mei și cu mine am detaliat într-un nou studiu, nu numai că oferă perspective asupra formării acestor sisteme, dar, de asemenea, dezvăluie etapele finale ale vieții acestor stele masive unice care au fost furioși de toată masa lor înainte de a muri.

Rezolvarea unui Mystery Longstanding

Stelele născute cu mai mult de opt ori masa soarelui se epuizează rapid din combustibil și cedează gravitației la sfârșitul vieții lor - se prăbușesc pe ei înșiși și explodează într-o supernova. Când se întâmplă acest lucru, toate straturile exterioare ale stelei - de câteva ori masa soarelui - sunt împrăștiate.

Când am început să lucrez cu consilierul meu, Mansi Kasliwal, ca un nou student absolvent, am decis să studiez supernovele care se estompează rapid în strălucire. Extinderea bazei de date a evenimentelor descoperite de iPTF, am întâlnit iPTF 14gqr, o supernova care se estompează rapid, descoperită cu mai mult de un an înainte, dar a cărei natură fizică adevărată a rămas misterioasă.

Datele au fost încurcate, deoarece modelele noastre preliminare sugerează că această supernova a fost provocată de moartea unei gigantice vedete masive, însă explozia în sine a fost destul de înspăimântătoare. Ea a scos doar o cincime din masa soarelui, în timp ce energia ei era doar o zecime dintr-o supernova tipică. Unde a fost toată materia și energia lipsă?

Indicii indică faptul că steaua explozivă trebuie să fi fost dezbrăcată de aproape toată masa inițială înainte de explozie. Dar ce ar fi putut să fure atât de mult materia de la această stea gigantică? Poate un partener binar nevăzut?

Am început să citesc despre scenarii binare ale unor staruri rare, când am dat peste ideea de "supernove ultra-stripate".

Supernovele ultra-stripate

Atunci când o stea masivă are o stea densă și apropiată binară, intensa forță gravitațională a însoțitorului poate să-i jefuiască pe vecinul său aproape de toată masa înainte ca acesta să explodeze - de aici termenul "ultra-dezbrăcat".

Supernova ultra-dezbrăcată lasă în urma unei stele neutronice, un cadavru stelar dens dens, care conține puțin mai mult decât masa soarelui înghesuiți într-o regiune de mărimea centrului orașului Los Angeles. Această stea de neutron este prinsă într-o orbită strânsă în jurul partenerului său. Însoțitorul este probabil o altă stea neutronică sau chiar un pitic alb sau o gaură neagră formată dintr-o stea masivă care a murit cu câțiva milioane de ani înainte de partenerul său.

Astfel de sisteme binare au fost un domeniu important de investigație astrofizică de câteva decenii. Am observat în mod direct multe astfel de sisteme în propria noastră galaxie cu telescoape optice și radio. Prima detectare indirectă a undelor gravitaționale a provenit din observațiile unui sistem dublu cu stele neutronice. Mai recent, prima fuziune a unui sistem dublu cu stele neutronice a fost detectată atât de LIGO avansată, cât și de undă electromagnetică în 2017, oferind astronomilor o perspectivă unică asupra funcționării gravitației și a originii elementelor grele din univers.

Totuși, a rămas mult timp un mister cum se formează stelele binare. Știm că stelele neutronice se formează în explozii supernova. Dar, pentru a obține stele binare cu neutroni, ai nevoie de un binar de două stele masive pentru a începe. Cu toate acestea, este nevoie de un echilibru precis al forțelor pentru a se asigura că stelele neutronice binare rămân suficient de stabile pentru a supraviețui celor două explozii violente care creează sistemul.

Câteva linii de dovezi indirecte sugerează că acestea sunt formate într-o clasă foarte rară de explozii supernovale ultra-dezbrăcate. Dar aceste explozii ușoare au scăpat până acum în detectarea directă. Aceste prime dovezi observaționale pentru o supernova ultra-dezbrăcată deschid o oportunitate pentru înțelegerea formării unor sisteme binare cu stele neutre.

Scanarea cerurilor pentru explozii infantile

Supernova noastră a fost văzută în cadrul sondajului intermediar al Palomar Transient Factory (iPTF). Sondajul iPTF automatizat a folosit o cameră mare, montată pe un telescop de dimensiuni de 1 metru, pentru a fotografia cerul în fiecare seară și pentru a scana pentru "stele noi". O prioritate de căutare era vânătoarea de supernove infantilă și identificarea originii.

Ori de câte ori se găsește o stea nouă, robotul de sondaj alertează imediat astronomii aflați în sarcină aflați într-un alt fus orar, pentru a urmări. Această strategie, împreună cu o rețea globală de telescoape, ne-a permis să prindem în acțiune mai multe stele explozive și să înțelegem cum arătau înainte de a exploda. De fapt, găsirea unor momente rare de supernova ultra-stripată după explozie a fost o coincidență norocoasă!

Acest eveniment unic ne-a oferit prima viziune asupra masei și energiei eliberate în astfel de explozii, ciclul de viață al stelelor masive și formarea de stele binare. Cu toate acestea, mai sunt multe de învățat dintr-un eșantion mai mare din aceste evenimente.

Cu Zwicky Transient Facilty - succesorul iPTF care poate scana cerul de 10 ori mai repede - și o rețea globală de telescoape numită GROWTH, sperăm să asistăm la mai multe explozii ultra-dezbrăcate, începând un nou episod în înțelegerea noastră a acestor sisteme stelare unice.

Acest articol a fost publicat inițial în The Conversation by Kishalay De. Citiți articolul original aici.