Како се формирају бинарни системи звезда? Астрономи коначно решавају тајну

Спектакуларна експлозија супернове, више од милијарду пута светлија од нашег сунца, обележила је рођење неутронске звезде која кружи око врућег и густог пратиоца. Сада су ова два густа остатка предодређена да се спирале једна у другу за око милијарду година, на крају се стапају и дају неке од најтежих познатих елемената у универзуму.

Експлозија се догодила у галаксији сличној нашој Млијечној стази, удаљеној скоро 920 милиона свјетлосних година. Мали телескоп на опсерваторији Паломар у Калифорнији открио је прве фотоне из супернове - назване “иПТФ 14гкр” - само неколико сати након експлозије, када је био више од 10 пута топлији од површине нашег сунца. Како се светлост супернове развијала током наредне две недеље, међународни тим астронома користио је податке да би пратио порекло експлозије до масивне звезде у радијусу од 500 пута од Сунца.

Али то није било само огромна величина звезде која је учинила ово откриће посебно вриједним пажње. Оно што је било необично је да је звезда такође била најлакша од свих познатих експлозивних звијезда. Ова масивна звијезда била је опљачкана скоро цијелом својом масом, можда од стране густог орбиталног партнера. Када је експлодирала, оставила је иза себе новорођену неутронску звезду која је наставила да орбитира свог сапутника.

Разумијевање формирања бинарних звјезданих система у којима се двије супер густе звијезде међусобно окрећу увијек је била загонетка. Ове краткотрајне супернове које дају ове густе бинарне звездане системе су и ретке и тешко их је пронаћи, јер се брзо појављују и нестају на небу - око пет пута брже од типичне супернове.

Ово прво запажање "ултра-стриппед" супернове, коју моје колеге и ја детаљно описујемо у новој студији, не само да пружа увид у формирање ових система, већ и открива завршне фазе у животима ових јединствених масивних звезда које су биле опљачкао сву своју масу пре него што умру.

Решавање дуготрајне мистерије

Звезде рођене са више од осам пута веће масе сунца брзо истичу гориво и подлежу гравитацији на крају свог живота - урушавају се на себе и експлодирају у супернови. Када се то догоди, сви спољашњи слојеви звезде - неколико пута маса сунца - су разбацани.

Када сам почео да радим са својим саветником, Мансијем Касливалом, као новим студентом, одлучио сам да проучим супернове које брзо бледе у осветљењу. Ископавши базу података о догађајима које је открио иПТФ, наишао сам на иПТФ 14гкр, брзо нестајући супернову која је откривена прије годину дана, али чија је права физичка природа остала мистериозна.

Подаци су били збуњујући јер су наши прелиминарни модели сугерисали да је ова супернова узрокована смрћу огромне огромне звезде, али је сама експлозија била прилично слаба. Извукао је само петину масе Сунца, док је њена енергија била само десетина типичне супернове. Где је била сва нестала материја и енергија?

Знаци указују на то да је експлозивна звијезда морала бити скинута с готово све своје изворне масе прије експлозије. Али шта је могло да украде толико много ствари од ове дивовске звезде? Можда невидљиви бинарни пратилац?

Почео сам да читам о ретким бинарним звезданим сценаријима, када сам први пут наишао на идеју "ултра-стриппед суперновае".

Ултра-стриппед Суперновае

Када масивна звезда има густу и оближњу бинарну звезду, интензивна гравитациона сила пратиоца може опљачкати његовог сусједа који не сумња скоро цијелу своју масу прије него експлодира - отуда појам "ултра-стриппед".

Ултра-одсечена супернова оставља иза себе неутронску звезду, брзо ротирајуће густо звездано тело које садржи нешто више од масе сунца набијеног у регион величине центра Лос Анђелеса. Ова неутронска звезда је заробљена у уској орбити око свог сапутника. Пратилац је можда још једна неутронска звезда, или чак и бијели патуљак или црна рупа која је формирана од масивне звијезде која је умрла неколико милиона година прије њеног пратиоца.

Такви бинарни системи су били важна област астрофизичких истраживања већ неколико деценија. Директно смо посматрали многе такве системе у нашој галаксији са оптичким и радио телескопима. Прва индиректна детекција гравитационих таласа дошла је од посматрања система двоструких неутронских звезда. Недавно, прво спајање система двоструких неутронских звезда откривено је напредним ЛИГО-ом и електромагнетним таласима 2017. године, дајући астрономима јединствен увид у рад гравитације и порекло тешких елемената у свемиру.

Ипак, одавно је остала мистерија како се формирају бинарне звезде. Знамо да се неутронске звезде формирају у експлозијама супернова. Али, да би добили бинарне неутронске звезде, потребно је да почне бинарна од две масивне звезде. Међутим, то захтева прецизну равнотежу снага како би се осигурало да бинарне неутронске звезде остају довољно стабилне да преживе две насилне експлозије које стварају систем.

Неколико редова индиректних доказа сугерише да се они формирају у веома реткој класи слабих ултра-стриппед супернова експлозија. Али ове бледе експлозије су до сада избегле директну детекцију. Овај први опсервацијски доказ о ултра-стриппед супернови отвара могућност за разумијевање формирања збијених бинарних система неутронских звијезда.

Скенирање неба за експлозије новорођенчади

Наша супернова је уочена током интервала Паломар Трансиент Фацтори (иПТФ). Аутоматизована иПТФ анкета користила је велику камеру постављену на телескопу величине 1 метра да фотографише небо сваке ноћи и скенира за „нове звезде“. Приоритет претраживања је био тражење новорођенчади и одређивање порекла.

Кад год се пронађе нова звијезда, робот за анкетирање одмах упозорава астрономе на дужности који се налазе у потпуно другој временској зони како би их пратили. Ова стратегија, заједно са глобалном мрежом телескопа, омогућила нам је да ухватимо неколико експлозивних звијезда у акцији и схватимо како изгледају прије него што су експлодирали. Заправо, проналажење ретких ултра-стриптизаних супернова тренутака након експлозије била је срећна случајност!

Овај јединствени догађај нам је пружио први увид у масу и енергију ослобођену у таквим експлозијама, животни циклус масивних звезда и формирање бинарних звезда. Ипак, још се много тога може научити из већег узорка ових догађаја.

Са Звицки Трансиент Фацилти - насљедником иПТФ-а који може скенирати небо 10 пута брже - и глобалном мрежом телескопа под називом ГРОВТХ, надамо се да ћемо свједочити више ултра-стриппед експлозијама, почевши нову епизоду у нашем разумијевању ових јединствених звјезданих система.

Овај чланак је првобитно објављен на Тхе Цонверсатион би Кисхалаи Де. Прочитајте оригинални чланак овде.