To stjerner smeltede sammen og dannede en massiv hvid dværg

En massiv hvid dværgstjerne med en bizar kulstofrig atmosfære kunne være to hvide dværge smeltet sammen ifølge et internationalt hold ledet af astronomer fra University of Warwick, og undgik kun snævert ødelæggelse.

De har opdaget en usædvanlig ultramassiv hvid dværg omkring 150 lysår fra os med en atmosfærisk sammensætning, som aldrig er set før, første gang, at en sammensmeltet hvid dværg er blevet identificeret ved at bruge dens atmosfæriske sammensætning som et fingerpeg.

Opdagelsen, offentliggjort i dag (2. marts) i tidsskriftet Natur astronomi , kunne rejse nye spørgsmål om udviklingen af ​​massive hvide dværgstjerner og om antallet af supernovaer i vores galakse.

Denne stjerne, kaldet WDJ0551+4135, blev identificeret i en undersøgelse af data fra Den Europæiske Rumorganisations Gaia-teleskop. Astronomerne fulgte op med spektroskopi taget ved hjælp af William Herschel-teleskopet, med fokus på de hvide dværge, der er identificeret som særligt massive - en bedrift, der er muliggjort af Gaia-missionen. Ved at nedbryde det lys, stjernen udsender, astronomerne var i stand til at identificere den kemiske sammensætning af dens atmosfære og fandt ud af, at den havde et usædvanligt højt niveau af kulstof til stede.

Hovedforfatter Dr. Mark Hollands, fra University of Warwick Department of Physics, sagde:"Denne stjerne skilte sig ud som noget, vi aldrig havde set før. Du kan forvente at se et ydre lag af brint, nogle gange blandet med helium, eller bare en blanding af helium og kulstof. Man forventer ikke at se denne kombination af brint og kulstof samtidig med, at der skulle være et tykt lag helium imellem, der forbyder det. Da vi så på det, det gav ingen mening."

For at løse gåden, astronomerne blev detektiver for at afdække stjernens sande oprindelse.

Hvide dværge er resterne af stjerner som vores egen sol, der har brændt alt deres brændstof ud og afgivet deres ydre lag. De fleste er relativt lette, omkring 0,6 gange vores sols masse, men denne vejer 1,14 solmasser, næsten det dobbelte af den gennemsnitlige masse. På trods af at den er tungere end vores sol, det er komprimeret til to tredjedele af Jordens diameter.

Den hvide dværgs alder er også et fingerpeg. Ældre stjerner kredser hurtigere om Mælkevejen end yngre, og dette objekt bevæger sig hurtigere end 99 % af de andre hvide dværge i nærheden med samme afkølingsalder, tyder på, at denne stjerne er ældre end den ser ud.

Dr. Hollands tilføjer:"Vi har en sammensætning, som vi ikke kan forklare gennem normal stjerneudvikling, en masse dobbelt så stor som gennemsnittet for en hvid dværg, og en kinematisk alder ældre end den, der udledes af afkøling. Vi er ret sikre på, hvordan én stjerne danner én hvid dværg, og den burde ikke gøre dette. Den eneste måde du kan forklare det på er, hvis det blev dannet gennem en sammensmeltning af to hvide dværge."

Teorien er, at når en stjerne i et binært system udvider sig ved slutningen af ​​sit liv, vil den omslutte sin partner, trækker sin bane tættere på, mens den første stjerne skrumper. Det samme vil ske, når den anden stjerne udvider sig. Over milliarder af år, gravitationsbølgeemission vil skrumpe kredsløbet yderligere, til det punkt, at stjernerne smelter sammen.

Mens hvid dværg fusioner er blevet forudsagt at forekomme, denne ville være særlig usædvanlig. De fleste af fusionerne i vores galakse vil være mellem stjerner med forskellig masse, hvorimod denne fusion ser ud til at være mellem to stjerner af samme størrelse. Der er også en grænse for, hvor stor den resulterende hvide dværg kan være:ved mere end 1,4 solmasser antages det, at den ville eksplodere i en supernova, selvom det kan være muligt, at disse eksplosioner kan forekomme ved lidt lavere masser, så denne stjerne er nyttig til at demonstrere, hvor massiv en hvid dværg kan blive og stadig overleve.

Fordi sammensmeltningsprocessen genstarter afkølingen af ​​stjernen, det er svært at afgøre, hvor gammel den er. Den hvide dværg fusionerede sandsynligvis for omkring 1,3 milliarder år siden, men de to oprindelige hvide dværge kan have eksisteret i mange milliarder år tidligere.

Det er en af ​​kun en håndfuld fusionerede hvide dværge, der er blevet identificeret indtil videre, og den eneste via dens sammensætning.

Dr. Hollands tilføjer:"Der er ikke så mange hvide dværge, så massive, selvom der er flere, end du ville forvente at se, hvilket antyder, at nogle af dem sandsynligvis blev dannet ved fusioner.

"I fremtiden vil vi muligvis være i stand til at bruge en teknik kaldet asteroseismologi til at lære om den hvide dværgs kernesammensætning fra dens stjernernes pulseringer, hvilket ville være en uafhængig metode, der bekræfter denne stjerne dannet ved en fusion.

"Måske det mest spændende aspekt ved denne stjerne er, at den næsten må have undladt at eksplodere som en supernova - disse gigantiske eksplosioner er virkelig vigtige for at kortlægge universets struktur, da de kan detekteres ude på meget store afstande. Imidlertid, der er stadig stor usikkerhed om, hvilken slags stjernesystemer der når frem til supernovastadiet. Hvor mærkeligt det end lyder, måling af egenskaberne af denne 'mislykkede' supernova, og fremtidige look-alikes, fortæller os meget om vejene til termonuklear selvudslettelse."