Astronomer dokumenterer stigningen og faldet af en sjældent observeret stjernedans

Solen er den eneste stjerne i vores system. Men mange af lyspunkterne på vores nattehimmel er ikke så ensomme. Efter nogle skøn, mere end tre fjerdedele af alle stjerner eksisterer som binære stjerner - med én ledsager - eller i endnu mere komplekse forhold. Stjerner tæt på kan have dramatiske konsekvenser for deres naboer. De kan fjerne materiale fra hinanden, flette eller vride hinandens bevægelser gennem kosmos.

Og nogle gange udspiller disse ændringer sig i løbet af et par generationer.

Det er, hvad et hold af astronomer fra University of Washington, Western Washington University og University of California, Irvine opdagede, da de analyserede mere end 125 års astronomiske observationer af en nærliggende stjernebinær kaldet HS Hydra. Dette system er det, der er kendt som en formørkende binær:Fra Jorden, de to stjerner ser ud til at passere over hinanden – eller formørke hinanden – når de kredser om et fælles tyngdepunkt. Formørkelserne får mængden af ​​lys udsendt af binæren til at dæmpe periodisk.

Den 11. januar ved det 237. møde i American Astronomical Society, holdet rapporterede om mere end et århundredes ændringer af stjernernes formørkelser i HS Hydra. De to stjerner begyndte at formørke i små mængder fra omkring et århundrede siden, stigende til næsten fulde formørkelser i 1960'erne. Graden af ​​formørkelse faldt derefter i løbet af blot et halvt århundrede, og ophører omkring februar 2021.

"Der er en historisk registrering af observationer af HS Hydra, der i det væsentlige spænder over moderne astronomi - startende med fotografiske plader i slutningen af ​​det 19. århundrede op gennem satellitbilleder taget i 2019. Ved at dykke ned i disse registreringer, vi dokumenterede den fuldstændige stigning og fald af denne sjældne type formørkelsesbinær, " sagde teamleder James Davenport, en forskningsassistent professor i astronomi ved UW og associeret direktør for UW's DIRAC Institute.

Formørkelserne af de to stjerner, der udgør HS Hydra, ændrer sig, fordi en anden krop - højst sandsynligt en tredje, uobserveret ledsagerstjerne – vender retningen af ​​binæren i forhold til Jorden. Systemer som dette, som kaldes evolving eclipsing binære filer, er sjældne, med kun omkring et dusin kendt til dato, ifølge Davenport. At identificere denne type binær kræver flere observationer for at lede efter langsigtede ændringer i graden af ​​dæmpning, hvilket ville indikere, at orienteringen af ​​binæren ændrer sig over tid.

HS Hydra har sådan en observationsrekord, fordi 342 lysår væk, det er et relativt tæt og lyst system, og de to stjerner kredser om hinanden hver 1,5 dag. Forskere rapporterede første gang, at HS Hydra var en formørkende binær i 1965. I et papir fra 2012, astronomer baseret i Schweiz og Tjekkiet rapporterede, at mængden af ​​dæmpning fra HS Hydra faldt fra 1975 til 2008, hvilket indikerer, at de to stjerner formørkede mindre og mindre dele af hinanden over tid. Det hold forudsagde også, at formørkelserne ville ende omkring 2022.

Davenport og hans team tjekkede ind på HS Hydra ved hjælp af observationer af systemet i 2019 af NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite, eller TESS. De så kun et fald på 0,0075 i lysstyrken fra HS Hydra, et tegn på, at de to stjerner næsten ikke dækkede hinanden under formørkelser. Til sammenligning, Formørkelser i 1975 oplevede et fald på mere end 0,5 størrelsesorden.

"For halvtreds år siden, disse to stjerner formørkede næsten fuldstændigt hinanden. I begyndelsen af ​​det 21. århundrede, graden af ​​formørkelse var omkring 10 %, og i de seneste observationer fra 2019, de overlappede næsten ikke hinanden, " sagde Davenport.

Med disse nye data, holdet forudser nu, at HS Hydra-formørkelser vil ophøre omkring februar 2021.

Observationerne fra 1960'erne til og med 2019 katalogiserer tilbagegangen af ​​HS Hydra som en udviklende formørkelsesbinær. Men Davenport og hans team afslørede også beviser for dens stigning. The Digital Access to a Sky Century på Harvard, eller DASCH, er et digitalt katalog over fotometriske data taget fra mere end et århundredes astrofotografiske plader på Harvard University. Holdet udgravede denne rekord og fandt observationer af HS Hydra fra 1893 til 1955, som de kunne analysere for at søge efter tegn på dæmpning.

Forskerne nedbrød DASCH-observationer af HS Hydra efter årti. Fra slutningen af ​​det 19. århundrede gennem de brølende 20'ere, HS Hydra viste ingen målbar dæmpning. Men tingene begyndte at ændre sig i 1930'erne, hvor de målte et beskedent fald i lysstyrken på 0,1. Graden af ​​dæmpning steg gennem 1940'erne og toppede i 1950'erne med et fald på 0,5 størrelsesorden i lysstyrken.

Baseret på denne 126-årige historie med HS Hydra-observationer, holdet forudsiger, at systemet vil begynde at formørke igen omkring år 2195. Men, that assumes that the third companion—which other teams have predicted is a small, dim M-dwarf star—continues to behave as it has to date.

"We won't know for sure unless we keep looking, " said Davenport. "The best we can say right now is that HS Hydra has been changing constantly over the course of modern astronomy."

Missions like TESS will likely identify more evolving eclipsing binaries in the coming years. This should open new opportunities for astronomers to understand how star systems are built, as well as how they change over time—whether they are busy, dynamic systems like HS Hydra, or more quiet systems, like ours.