Hurtigst formørkende binær, et værdifuldt mål for gravitationsbølgestudier

Observationer foretaget med et nyt instrument udviklet til brug ved 2,1-meter (84-tommer) teleskopet ved National Science Foundations Kitt Peak National Observatory har ført til opdagelsen af ​​den hurtigst formørkende hvide dværg-binær, der hidtil er kendt. Klokker ind med en omløbsperiode på kun 6,91 minutter, de hurtigt kredsende stjerner forventes at være en af ​​de stærkeste kilder til gravitationsbølger, der kan påvises med LISA, den fremtidige rumbaserede gravitationsbølgedetektor.

Stjernernes tætte "Afterlives".

Efter at have ekspanderet til en rød kæmpe i slutningen af ​​sit liv, en stjerne som Solen vil til sidst udvikle sig til en tæt hvid dværg, et objekt med en masse som Solens, der er klemt ned til en størrelse, der kan sammenlignes med Jorden. Tilsvarende som binære stjerner udvikler sig, de kan opsluge deres ledsager i den røde kæmpe fase og spiral tæt sammen, til sidst efterlader en tæt hvid dværg binær. Hvide dværgbinære med meget snævre baner forventes at være stærke kilder til gravitationsbølgestråling. Selvom det forventes at være relativt almindeligt, sådanne systemer har vist sig at være uhåndgribelige, med kun få identificeret til dato.

Rekordsættende hvid dværg binær

En ny undersøgelse af nattehimlen, i øjeblikket i gang ved Palomar Observatory og Kitt Peak National Observatory, er ved at ændre denne situation.

Hver nat, Caltechs Zwicky Transient Facility (ZTF), en undersøgelse, der bruger 48-tommer teleskopet ved Palomar Observatory, scanner himlen for objekter, der bevæger sig, blinke, eller på anden måde variere i lysstyrke. Lovende kandidater følges op med et nyt instrument, Kitt Peak 84-tommer Electron Multiplying Demonstrator (KPED), ved Kitt Peak 2,1-meter-teleskopet for at identificere korttidsformørkende binærer. KPED er designet til at måle med hastighed og følsomhed den skiftende lysstyrke af himmelske kilder.

Denne tilgang har ført til opdagelsen af ​​ZTF J1539+5027 (eller J1539 for kort), en hvid dværg formørkende binær med den korteste periode kendt til dato, kun 6,91 minutter. Stjernerne kredser så tæt på hinanden, at hele systemet kunne passe inden for planeten Saturns diameter.

"Når den svagere stjerne passerer foran den lysere, det blokerer det meste af lyset, hvilket resulterer i det syv minutters blinkende mønster, vi ser i ZTF-dataene, " forklarer Caltech-kandidatstuderende Kevin Burdge, hovedforfatter af papiret, der rapporterer opdagelsen, som står i dagens udgave af tidsskriftet Natur .

En stærk kilde til gravitationsbølger

Tæt kredsende hvide dværge forudsiges at spiralere tættere og hurtigere sammen, da systemet mister energi ved at udsende gravitationsbølger. J1539s kredsløb er så snævert, at dens omløbsperiode forventes at blive målbart kortere efter kun få år. Burdges team var i stand til at bekræfte forudsigelsen fra den generelle relativitetsteori om en krympende bane, ved at sammenligne deres nye resultater med arkivdata erhvervet over de seneste ti år.

J1539 er en sjælden perle. Det er en af ​​kun få kendte kilder til gravitationsbølger - krusninger i rum og tid - der vil blive opdaget af den fremtidige europæiske rummission LISA (Laser Interferometer Space Antenna), som forventes lanceret i 2034. LISA, hvor NASA spiller en rolle, vil ligne National Science Foundations jordbaserede LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), som skrev historie i 2015 ved at lave den første direkte detektering af gravitationsbølger fra et par kolliderende sorte huller. LISA vil detektere gravitationsbølger fra rummet ved lavere frekvenser. J1539 passer godt til LISA; 4,8 mHz gravitationsbølgefrekvensen for J1539 er tæt på toppen af ​​LISA's følsomhed.

Opdagelser fortsætter for Historic Telescope

Kitt Peaks 2,1 meter teleskop, det andet store teleskop, der skal bygges på stedet, har været i kontinuerlig drift siden 1964. Dens historie omfatter mange vigtige opdagelser inden for astrofysik, såsom Lyman-alfa-skoven i kvasarspektre, den første gravitationslinse af en galakse, den første pulserende hvide dværg, og den første omfattende undersøgelse af den binære frekvens af stjerner som Solen. Det seneste resultat fortsætter sin ærværdige track record.

Lori Allen, Direktør for Kitt Peak National Observatory og fungerende direktør for NOAO siger, "Vi er glade for at se, at vores 2,1 meter teleskop, nu mere end 50 år gammel, forbliver en stærk platform for opdagelse."

"Disse vidunderlige observationer er yderligere bevis på, at banebrydende videnskab kan udføres på beskedne størrelse teleskoper som 2,1 meter i den moderne æra, " tilføjer Chris Davis, NSF Program Officer for NOAO.

Mere spænding forude!

Hvor bemærkelsesværdigt det end er, J1539 blev opdaget med kun en lille del af de data, der forventes fra ZTF. Det blev fundet i ZTF-holdets første analyse af 10 millioner kilder, hvorimod projektet i sidste ende vil studere mere end en milliard stjerner.

"Kun måneder efter at være kommet online, ZTF-astronomer har opdaget hvide dværge, der kredser om hinanden i rekordtempo, " siger NSF assisterende direktør for matematiske og fysiske videnskaber, Anne Kinney. "Det er en opdagelse, der i høj grad vil forbedre vores forståelse af disse systemer, og det er en smagsprøve på overraskelser, der endnu venter."