Kako se binarni sustavi zvijezda oblikuju? Astronomi napokon rješavaju tajnu

Spektakularna eksplozija supernove, više od milijardu puta svjetlija od našeg sunca, obilježila je rođenje neutronske zvijezde koja kruži oko vrućeg i gustog pratioca. Sada su ta dva gusta ostatka predodređena da se međusobno spirale za otprilike milijardu godina, na kraju se stapaju i daju neke od najtežih poznatih elemenata u svemiru.

Eksplozija se dogodila u galaksiji sličnoj našoj Mliječnoj stazi, udaljenoj gotovo 920 milijuna svjetlosnih godina. Mali teleskop na zvjezdarnici Palomar u Kaliforniji otkrio je prve fotone iz supernove - nazvanu "iPTF 14gqr" - samo nekoliko sati nakon eksplozije, kada je bio više od 10 puta topliji od površine našeg sunca. Kako se svjetlost supernove razvijala tijekom sljedeća dva tjedna, međunarodni tim astronoma koristio je podatke kako bi pratio podrijetlo eksplozije do masivne zvijezde u radijusu 500 puta većoj od sunčeve.

Ali to nije samo velika veličina zvijezde učinila ovo otkriće osobito vrijednim pažnje. Ono što je bilo neobično je da je zvijezda također bila najlakša od svih poznatih eksplozivnih zvijezda. Ova masivna zvijezda bila je opljačkana gotovo cijelom svojom masom, možda od strane gustog orbitirajućeg partnera. Kad je eksplodirala, ostavila je za sobom novorođenu neutronsku zvijezdu koja je nastavila kružiti oko nje.

Razumijevanje formiranja binarnih zvjezdanih sustava u kojima dvije super guste zvijezde kruže jedna oko druge uvijek je bila zagonetka. Ove kratkotrajne supernove, koje daju ove guste binarne zvjezdane sustave, rijetke su i teško ih je pronaći, jer se brzo pojavljuju i nestaju na nebu - oko pet puta brže od tipične supernove.

Ovo prvo opažanje "ultra-stripped" supernove, koju su moji kolege i ja detaljno opisali u novoj studiji, ne samo da pruža uvid u formiranje tih sustava, već također otkriva i završne faze u životima tih jedinstvenih masivnih zvijezda koje su bile opljačkali su svu svoju masu prije nego umru.

Rješavanje dugogodišnjeg otajstva

Zvijezde rođene s više od osam puta veće mase sunca brzo istječu gorivo i podležu gravitaciji na kraju života - urušavaju se na sebe i eksplodiraju u supernovi. Kada se to dogodi, svi vanjski slojevi zvijezde - nekoliko puta masa sunca - su razbacani.

Kad sam počeo raditi s mojim savjetnikom, Mansijem Kasliwalom, kao novim studentom, odlučio sam proučavati supernove koje brzo blijede u svjetlosti. Rudarstvom baze podataka o događajima koje je otkrio iPTF, naišao sam na iPTF 14gqr, brzo izblijedjelu supernovu koja je otkrivena prije više od godinu dana, ali čija je prava fizička priroda ostala tajanstvena.

Podaci su bili zbunjujući jer su naši preliminarni modeli sugerirali da je ova supernova uzrokovana smrću divovske masivne zvijezde, ali je sama eksplozija bila prilično slaba. Izvukao je samo petinu mase Sunca, dok je njezina energija bila samo desetina tipične supernove. Gdje su sva nestala tvar i energija?

Znaci ukazuju na to da je eksplozivna zvijezda prije eksplozije morala biti skinuta s gotovo cijele izvorne mase. Ali što je moglo ukrasti toliko materije od ove divovske zvijezde? Možda nevidljivi binarni pratilac?

Počeo sam čitati o rijetkim binarnim zvjezdanim scenarijima, kada sam prvi put naišao na ideju "ultra-stripped supernovae".

Ultra-stripped Supernovae

Kada masivna zvijezda ima gustu i obližnju binarnu zvijezdu pratitelja, intenzivna gravitacijska privlačnost suputnika može opljačkati njegovog susjeda koji ne sumnja skoro cijelu svoju masu prije nego što eksplodira - otuda pojam "ultra-stripped".

Ultra-skinuta supernova ostavlja iza sebe neutronsku zvijezdu, brzo rotirajuće gusto zvjezdano tijelo koje sadrži nešto više od sunčeve mase u području veličine Los Angelesa. Ova neutronska zvijezda zarobljena je u tijesnoj orbiti oko svog pratitelja. Pratitelj je možda još jedna neutronska zvijezda, ili čak bijeli patuljak ili crna rupa koja je nastala od masivne zvijezde koja je umrla nekoliko milijuna godina prije njenog pratioca.

Takvi binarni sustavi bili su važno polje astrofizičkog istraživanja već nekoliko desetljeća. Mnoge smo takve sustave izravno promatrali u našoj galaksiji s optičkim i radio teleskopima. Prva indirektna detekcija gravitacijskih valova došla je iz promatranja sustava dvostruke neutronske zvijezde. U novije vrijeme, prvo spajanje sustava dvostrukih neutronskih zvijezda otkriveno je i naprednim LIGO-om i elektromagnetskim valovima 2017., dajući astronomima jedinstven uvid u djelovanje gravitacije i porijeklo teških elemenata u svemiru.

Ipak, odavno je ostala misterija kako se formiraju binarne zvijezde. Znamo da se neutronske zvijezde stvaraju u eksplozijama supernova. Ali, da bi dobili binarne neutronske zvijezde, trebate početi binarnu od dvije masivne zvijezde. Međutim, to zahtijeva preciznu ravnotežu snaga kako bi se osiguralo da binarne neutronske zvijezde ostanu dovoljno stabilne da prežive dvije nasilne eksplozije koje stvaraju sustav.

Nekoliko redova indirektnih dokaza sugerira da su nastali u vrlo rijetkoj klasi slabih ultra-stripped supernova eksplozija. No te su slabe eksplozije dosad izbjegle izravnu detekciju. Ovaj prvi opservacijski dokaz za ultra-stripped supernovu otvara mogućnost za razumijevanje formiranja zbijenih binarnih sustava neutronskih zvijezda.

Skeniranje neba za eksploziju djece

Naša supernova je uočena tijekom intervjua Palomar Transient Factory (iPTF). Automatizirana iPTF anketa koristila je veliku kameru postavljenu na teleskopu veličine 1 metra kako bi fotografirala nebo svake noći i tražila "nove zvijezde". Prioritet pretraživanja bio je traženje dječjih supernova i određivanje porijekla.

Kad god se pronađe nova zvijezda, robot istraživanja odmah upozorava astronome na dužnosti koji se nalaze u potpuno drugoj vremenskoj zoni kako bi ih pratili. Ova strategija, zajedno s globalnom mrežom teleskopa, omogućila nam je da uhvatimo nekoliko eksplozivnih zvijezda u akciji i shvatimo kako izgledaju prije nego što su eksplodirali. Zapravo, pronalaženje rijetkih ultra-striptiziranih supernova trenutaka nakon eksplozije bila je sretna slučajnost!

Ovaj jedinstveni događaj dao nam je prvi uvid u masu i energiju koja se oslobađa u takvim eksplozijama, životni ciklus masivnih zvijezda i stvaranje binarnih zvijezda. Ipak, još se mnogo toga može naučiti iz većeg uzorka tih događaja.

Uz Zwicky Transient Facilty - nasljednika iPTF-a koji može skenirati nebo 10 puta brže - i globalnu mrežu teleskopa pod nazivom GROWTH, nadamo se da ćemo svjedočiti više ultra-stripped eksplozija, počevši novu epizodu u našem razumijevanju tih jedinstvenih zvjezdanih sustava,

Ovaj članak je izvorno objavljen na Razgovor Kishalay De. Pročitajte izvorni članak ovdje.