I øjet på en stjernecyklon:En tikkende bombestjernes bizarre hemmeligheder

Mens man er på COVID-lockdown, en æresstuderende fra University of Sydney har skrevet et forskningspapir om et stjernesystem, der kaldes en af ​​"stjerneverdenens eksotiske påfugle".

Kun én ud af hundrede millioner stjerner klarer snittet for at blive klassificeret som en Wolf-Rayet:voldsomt lyst, varme stjerner dømt til forestående kollaps i en supernovaeksplosion, der kun efterlader en mørk rest, såsom et sort hul.

Sjældenst af alt, selv blandt Wolf-Rayets, er elegante binære par, der, hvis betingelserne er rigtige, er i stand til at pumpe enorme mængder kulstofstøv ud drevet af deres ekstreme stjernevinde. Når de to stjerner kredser om hinanden, støvet bliver pakket ind i en smuk glødende sodet hale. Kun en håndfuld af disse skulpturelle spiralfaner er nogensinde blevet opdaget.

Formålet med denne undersøgelse er den nyeste stjerne til at slutte sig til denne eliteklub, men det har vist sig at bryde alle reglerne.

"Bortset fra det fantastiske billede, de mest bemærkelsesværdige ting ved dette stjernesystem er den måde, hvorpå udvidelsen af ​​dets smukke støvspiral efterlod os fuldstændigt forvirrede, " sagde Yinuo Han, som afsluttede forskningen i løbet af sit udmærkelsesår på Fysikskolen.

"Støvet ser ud til at have sit eget sind, svæver meget langsommere end de ekstreme stjernevinde, der burde drive den."

Astronomer faldt over denne gåde, da systemet blev opdaget for to år siden af ​​et hold ledet af professor Peter Tuthill ved University of Sydney. Dette stjernesystem, 8000 lysår fra Jorden, blev opkaldt Apep efter den slangeægyptiske kaosgud.

Nu hr. Hans forskning, offentliggjort i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society , bekræfter disse fund og afslører Apeps bizarre fysik med hidtil usete detaljer.

Anvendelse af højopløselige billedbehandlingsteknikker ved European Southern Observatory's Very Large Telescope i Paranal i Chile, holdet var i stand til at undersøge de underliggende processer, der skaber den spiral, vi observerer.

"Forstørrelsen, der kræves for at producere billederne, var som at se en kikært på et bord 50 kilometer væk, " sagde hr. Han.

PRÆCIS MODEL

Holdet gik længere end at bekræfte den tidligere opdagelse, at producere en model, der matcher den indviklede spiralstruktur for første gang, fremskridt videnskabsmænds evne til at forstå disse stjerners ekstreme natur.

"Det faktum, at denne relativt simple model kan gengive spiralgeometrien til denne detaljegrad, er bare smuk, " sagde professor Tuthill.

Imidlertid, ikke al fysik er ligetil. Hans team bekræftede, at støvspiralen udvider sig fire gange langsommere end de målte stjernevinde, noget uhørt i andre systemer.

Den førende teori til at forklare denne bizarre adfærd gør Apep til en stærk kandidat til at producere et gammastråleudbrud, når det endelig eksploderer, noget man aldrig før har set i Mælkevejen.

Dr. Joe Callingham, en medforfatter til undersøgelsen fra Leiden University i Holland, sagde:"Der har været en byge af forskning i Wolf-Rayet-stjernesystemer:disse er virkelig stjerneverdenens påfugle. Opdagelser om disse elegant smukke, men potentielt farlige genstande, forårsager et rigtigt sus inden for astronomi."

Han sagde, at dette papir var et af tre, der blev offentliggjort i år alene på Apep-systemet. holdet demonstrerede, at Apep ikke kun var sammensat af en Wolf-Rayet-stjerne, men faktisk to. Og kolleger fra Institute of Space and Astronautical Science i Japan vil snart udgive et papir om et andet system, Wolf-Rayet 112. Hovedforfatter af det papir, Ryan Lau, var medforfatter på dette papir sammen med hr. Han.

TIDSBOMBER

Wolf-Rayet-stjerner er massive stjerner, der har nået deres sidste stabile fase, før de går supernova og kollapser for at danne kompakte rester som sorte huller eller neutronstjerner.

"De er tikkende bomber, " sagde professor Tuthill.

"Ud over at udvise al den sædvanlige ekstreme adfærd hos Wolf-Rayets, Apeps hovedstjerne ser ud til at rotere hurtigt. Det betyder, at den kan have alle ingredienserne til at detonere et langt gammastråleudbrud, når det går i supernova."

Gammastråleudbrud er blandt de mest energiske begivenheder i universet. Og de er potentielt dødelige. Hvis et gammastråleudbrud skulle ramme Jorden, det kunne fratage planeten sit dyrebare ozonlag, udsætter os alle for ultraviolet stråling fra Solen. Heldigvis, Apeps rotationsakse betyder, at den ikke udgør nogen trussel mod Jorden.

'SINDEBÆSTENDE'

Tallene afslører Apeps ekstreme natur. De to stjerner er hver omkring 10 til 15 gange mere massive end Solen og mere end 100, 000 gange lysere. Hvor overfladen af ​​vores hjemmestjerne er omkring 5500 grader, Wolf-Rayet stjerner er typisk 25, 000 grader eller mere.

Ifølge holdets nyeste resultater, de massive stjerner i Apep-binæren kredser omkring hinanden hvert 125. år i en afstand, der kan sammenlignes med størrelsen af ​​vores solsystem.

"Hastighederne af de producerede stjernevinde er bare forbløffende, Han sagde. "De drejer stjernerne af omkring 12 millioner kilometer i timen; det er 1 procent af lysets hastighed.

"Alligevel udvides støvet, der produceres af dette system, meget langsommere, omkring en fjerdedel af stjernernes vindhastighed."

Han sagde, at den bedste forklaring på dette peger på stjernernes hurtigt roterende natur.

"Det betyder sandsynligvis, at stjernevinde lanceres i forskellige retninger med forskellige hastigheder. Støvudvidelsen, vi måler, er drevet af langsommere vinde, der lanceres nær stjernens ækvator, " han sagde.

"Vores model passer nu ret godt til de observerede data, men vi har stadig ikke helt forklaret stjernerotationens fysik."

Han vil fortsætte sine astronomiske studier ved University of Cambridge, når han starter på sin doktorgrad senere i år.