En pulsar og hvid dværg danser sammen i et overraskende kredsløb

Søgning i universet efter mærkelige nye stjernesystemer kan føre til nogle ret interessante fund. Og nogle gange, det kan vise fænomener, der modsiger alt, hvad vi tror, ​​vi ved om stjernernes dannelse og udvikling. Sådanne fund er ikke kun fascinerende og spændende, de giver os mulighed for at udvide og forfine vores modeller for, hvordan universet blev til.

For eksempel, en nylig undersøgelse foretaget af et internationalt team af forskere har vist, hvordan den nylige opdagelse af binært system-en millisekund pulsar og en lavmasse hvid dværg (LMWD)-har trodset konventionelle ideer om stjernevolution. Mens man tidligere mente, at sådanne systemer havde cirkulære kredsløb, den hvide dværg i denne særlige binære kredser om pulsaren med ekstrem excentricitet!

For at nedbryde det, konventionel visdom siger, at LMWD'er er et produkt af binær evolution. Grunden til dette er, at der under normale omstændigheder sådan en stjerne - med lav masse men utrolig tæthed - ville først dannes, efter at den havde opbrugt alt sit atombrændstof og mistet sine ydre lag som en planetarisk tåge. I betragtning af denne stjernes masse, dette ville tage omkring 100 milliarder år at ske på egen hånd - dvs. længere end universets alder.

Som sådan, de menes generelt at være resultatet af parring med andre stjerner - specifikt millisekund radiopulsarer (MSP'er). Disse er en særskilt population af neutronstjerner, der har hurtige centrifugeringsperioder og magnetiske felter, der er flere størrelsesordener svagere end for "normale" pulsarer. Disse egenskaber menes at være resultatet af masseoverførsel med en ledsagerstjerne.

I bund og grund, MSP'er, der kredser om en stjerne, fjerner dem langsomt fra deres masse, suger deres yderste lag af og gør dem til en hvid dværg. Tilføjelsen af ​​denne masse til pulsaren får den til at snurre hurtigere og begraver dens magnetfelt, og striber også ledsagerstjernen ned til en hvid dværg. I dette scenario, excentriciteten af ​​LMWD's bane omkring pulsaren forventes at være ubetydelig.

Imidlertid, når man ser til det binære stjernesystem PSR J2234+0511, det internationale team bemærkede noget helt andet. Her, de fandt en lavmasse hvid dværg parret med en millisekund pulsar, som den hvide dværg kredsede om i en periode på 32 dage og en ekstrem excentricitet (0,13). Da dette trodser nuværende modeller af hvide dværgstjerner, holdet begyndte at lede efter forklaringer.

Som Dr. John Antoniadis - en forsker fra Dunlap Institute ved University of Toronto og hovedforfatteren af ​​undersøgelsen - fortalte universet Today via e -mail:

"Millisekund pulsar-LMWD-binarier er meget almindelige. I henhold til det etablerede dannelsesscenario, disse systemer udvikler sig fra lavmasse røntgenbinarier, hvor en neutronstjerne henter stof fra en kæmpe stjerne. Til sidst, denne stjerne udvikler sig til en hvid dværg, og neutronstjernen bliver en pulsar i millisekund. På grund af de stærke tidevandskræfter under masseoverførselsepisoden, banerne i disse systemer er ekstremt cirkulære, med excentriciteter på ~ 0,000001 eller deromkring. "

Af hensyn til deres undersøgelse, som for nylig dukkede op i Astrofysisk Journal - med titlen "En excentrisk binær millisekundspulsar med en Helium White Dwarf Companion in the Galactic Field" - holdet påberåber sig nyligt opnået optisk fotometri af systemet leveret af Sloan Digital Sky Survey (SDSS), og spektroskopi fra Very Large Telescope fra Palomar Observatory i Chile.

Ud over, de konsulterede nylige undersøgelser, der kiggede på andre binære stjernesystemer, der viser den samme form for excentrisk forhold. "Vi kender nu [til] 5 systemer, der afviger fra dette billede, idet de har excentriciteter på ~ 0,1, dvs. flere størrelsesordener større end det, der forventes i standardscenariet, "sagde Antoniadis." Interessant nok, de ser alle ud til at have lignende excentriciteter og orbitale perioder. "

Fra dette, de var i stand til at udlede temperaturen (8600 ± 190 K) og hastigheden (km/s) for den hvide dværgkammerat i det binære stjernesystem. Kombineret med begrænsninger placeret på de to kropsmasser - 0,28 solmasser for den hvide dværg og 1,4 for pulsaren - såvel som deres radier og overfladetyngdekraft, de testede derefter tre mulige forklaringer på, hvordan dette system blev til.

Disse omfattede muligheden for, at neutronstjerner (såsom millsekundspulsaren, der observeres her) dannes gennem et tilvækstinduceret kollaps af en massiv hvid dværg. Tilsvarende de overvejede, om neutronstjerner gennemgår en transformation, når de tilskriver materiale, hvilket resulterer i, at de bliver kvarkstjerner. Under denne proces, frigivelsen af ​​gravitationsenergi ville være ansvarlig for at inducere den observerede excentricitet.

Sekund, de overvejede muligheden - i overensstemmelse med de nuværende modeller for stjernevolution - at LMWD'er inden for et bestemt masseinterval har stærke stjernevinde, når de er meget unge (på grund af ustabil hydrogenfusion). Holdet kiggede derfor på, om disse stærke stjernevinde kunne have været det, der forstyrrede pulsarens kredsløb tidligere i systemets historie.

Sidst, de overvejede muligheden for, at noget af det materiale, der tidligere var frigivet fra den hvide dværg (på grund af den samme stjernevind) kunne have dannet en kortvarig cirkumbinarisk skive. Denne disk ville derefter fungere som et tredje legeme, forstyrre systemet og øge excentriciteten i den hvide dværgs bane. Til sidst, de mente, at de to første scenarier var usandsynlige, da den udledte masse for pulsar -stamfaren ikke var i overensstemmelse med begge modeller.

Imidlertid, det tredje scenario, hvor interaktion med en cirkumbinarisk disk var ansvarlig for excentriciteten, var i overensstemmelse med deres udledte parametre. Hvad mere er, det tredje scenario forudsiger, hvordan (inden for et bestemt masseinterval) der ikke bør være cirkulære binærer med lignende orbitalperioder - hvilket er i overensstemmelse med alle kendte eksempler på sådanne systemer. Som Dr. Antoniadis forklarede:

"Disse observationer viser, at ledsagerstjernen i dette system faktisk er en lav masse hvidt dværg. Desuden er massen af ​​pulsaren synes at være for lav til #2 og lidt for høj til #1. Vi studerer også binærets bane i Mælkevejen, og det ligner meget, hvad vi finder for lavmasse røntgenbinarier. Disse beviser favoriserer tilsammen diskhypotesen. "

Selvfølgelig, Dr. Antoniadis og hans kolleger indrømmer, at der er behov for flere oplysninger, før deres hypotese kan anses for korrekt. Imidlertid, hvis deres resultater skulle bekræftes af fremtidig forskning, så forudser de, at det vil være et værdifuldt redskab for fremtidige astronomer og astrofysikere, der ønsker at studere interaktionen mellem binære stjernesystemer og cirkumbinære diske.

Ud over, opdagelsen af ​​dette binære system med høj excentricitet vil gøre det lettere at måle masserne af hvide dværge med lav masse med ekstrem præcision i de kommende år. Dette skulle igen hjælpe astronomer med bedre at forstå disse stjerners egenskaber og hvad der fører til deres dannelse.

Som historien har lært os, forståelse af universet kræver en seriøs forpligtelse til processen med kontinuerlig opdagelse. Og jo mere vi opdager, den fremmede synes det at blive, tvinger os til at genoverveje, hvad vi tror, ​​vi ved om det.