Embry-Riddle alumna hjælper med at opklare nøglemysterier for sjældne stjerner

Inden for stjernebilledet Cygnus, en ældre stjerne og dens massive ledsager har et sidste hurra, kaster masse af med en utrolig hastighed, før de eksploderer som supernovaer og kollapser i et sort hul.

Nu, forskere, inklusive den nylige embry-Riddle Aeronautical University-uddannede Laura M. Lee, har kortlagt den ældre stjernes kredsløb omkring dens overdimensionerede og lige så gamle partner. I en videnskabelig første de har også bestemt den dynamiske masse af begge stjerner, der udgør et binært system kaldet Wolf-Rayet 133.

Holdets resultater, udgivet 9. feb. 2021 af Astrofysiske tidsskriftsbreve , markere den første nogensinde visuelt observerede bane for en sjælden type stjerne kaldet en nitrogenrig Wolf-Rayet (WN) stjerne. Den pågældende WN-stjerne er halvdelen af ​​den stjerneklare danseduo i WR 133 binær.

WN-stjernen piruetter omkring sin partnerstjerne, en O9 supergigant, hver 112,8 dag - et relativt kort kredsløb, indikerer, at de to stjerner er tæt på hinanden, rapporterede forskere. WN-stjernen har 9,3 gange større masse end vores sol, mens O9 supergiganten er hele 22,6 gange mere massiv, holdet fandt.

At forestille sig det tidlige univers

Forskningen åbner et nyt vindue til den fjerne fortid, hvor stjerner og planeter først begyndte at dannes.

Stjerner af typen Wolf-Rayet, opkaldt efter de astronomer, der opdagede dem i 1867, er massive stjerner nær slutningen af ​​deres liv, sagde Lees fakultets mentor Dr. Noel Richardson, assisterende professor i fysik og astronomi ved Embry-Riddle. De er meget varme, en million gange mere lysende end Solen, og stjernevinde har fjernet deres brinthylster. Det har gjort det vanskeligt at måle deres masse - et vigtigt skridt i retning af at modellere stjernernes udvikling - indtil nu.

Fordi parret af stjerner i WR 133 binæren er tæt koblet, de har sandsynligvis udvekslet masse, Richardson bemærkede. "I det tidlige univers, vi tror, ​​de fleste stjerner var meget, meget massive, og de eksploderede sandsynligvis tidligt, " han sagde.

"Når disse typer binære stjerner er tæt nok på, de kan overføre masse til hinanden, muligvis sparker rumstøv op, som er nødvendigt for dannelsen af ​​stjerner og planeter. Hvis de ikke er tæt nok til at overføre masse, de pisker stadig en enorm vind op, der skyder materiale ind i kosmos, og det kan også tillade stjerner og planeter at dannes. Det er derfor, vi ønsker at vide mere om denne sjældne type stjerne."

Lee var stadig studerende på Embry-Riddle, da Richardson inviterede hende til at hjælpe med at løse en spændende astronomi-gåde, som en del af hendes senior capstone-projekt. Richardson havde analyseret data fra CHARA Array, en samling af seks teleskoper placeret på tværs af Californiens Mount Wilson. Arrayet, drives af Georgia State University's Center for High Angular Resolution Astronomy, kunne plukke himmeldetaljer mindre end vinkelstørrelsen af ​​en skilling i New York City fra teleskoperne nær Los Angeles, Californien.

Lees specifikke opgave var at give mening i omkring 100 spektre - stregkodelignende grafer, der afslører, hvor meget lys en stjerne afgiver. For bedre at forstå WR 133's spektre, leveret af Grant M. Hill fra Keck Observatory på Hawaii, Lee brugte computerkode, der gjorde det muligt for holdet at måle, hvordan de to stjerner bevægede sig. "Disse målinger er et nødvendigt skridt, fordi de fortæller os, hvordan stjernerne bevæger sig frem og tilbage fra os, mens CHARA-målingerne fortalte os, hvordan de bevæger sig hen over himlen, Richardson forklarede. "Kombinationen giver os evnen til at se en tredimensionel bane, som så fortæller os masserne."

På det tidspunkt, Lee var laser-fokuseret på at få sin Embry-Riddle-grad. "Jeg var ikke rigtig klar over, hvor stor en indflydelse vi havde på dette felt, " sagde Lee, et medlem af Sigma Pi Sigma fysik ære samfundet, som nu har en astronomi grad med en matematik bifag. "Det var ret spændende at være en del af projektet, især som bachelorstuderende."

"En blå marmor i rummet"

På Armagh Observatory &Planetarium i Nordirland, en af ​​de mange institutioner, der er involveret i projektet, Andreas A.C. Sander sagde, at holdets resultater var noget overraskende og vil få forskere til at genoverveje centrale antagelser. "Resultaterne er meget interessante, da de giver en lavere masse end forventet for sådan en stjerne, " bemærkede Sander.

"Selvom dette måske lyder som en detalje, det vil ændre vores opfattelse af de sorte huller som følge af kollapsende Wolf-Rayet stjerner, en afgørende ingrediens i den astrofysiske kontekst af gravitationsbølgehændelser."

Gail Schaefer fra CHARA Array bemærkede, at Richardsons observationer ved hjælp af Georgia State University (GSU) teleskoper på Mount Wilson – gjort mulig gennem et åbent adgangsprogram på anlægget – "vil hjælpe med at forbedre vores forståelse af, hvordan binære interaktioner påvirker udviklingen af ​​disse massive stjerner."

Astronom Jason Aufdenberg fra Embry-Riddle, som også har brugt CHARA Array, sagde, at "den slags arbejde Noel laver, etablering af baner, er meget vigtigt, fordi de kan få masserne af disse ting. At vide om disse meget varme stjerner, hvor mange der var og deres lysstyrker er alt sammen en del af forståelsen af, hvad der skete i vores univers efter Big Bang."

Nu i begyndelsen af ​​sin karriere, Lee sagde, at hun håber på at blive ved med at lære og blive forbløffet over vores univers. "Vi er på en blå marmor, der svæver i rummet, " sagde hun. "Det er vigtigt at lære mere om kompleksiteten i universet omkring os. Mennesker er født til at lære. Enhver viden, vi kan opnå, er en gave."