Forskere skitserer et gammelt stjernesystem ved hjælp af over et århundredes observationer

Astronomer har malet deres bedste billede til dato af en RV Tauri-variabel, en sjælden type stjerne-binær, hvor to stjerner - den ene nærmer sig slutningen af ​​sit liv - kredser om en spredt støvskive. Deres 130-årige datasæt spænder over det bredeste lysområde, der endnu er indsamlet for et af disse systemer, fra radio til røntgen.

"Der er kun omkring 300 kendte RV Tauri-variabler i Mælkevejen, " sagde Laura Vega, en nylig doktorgradsmodtager ved Vanderbilt University i Nashville, Tennessee. "Vi fokuserede vores undersøgelse på den næstbedste, kaldet U Monocerotis, som nu er det første af disse systemer, hvorfra røntgenstråler er blevet opdaget."

Et papir, der beskriver resultaterne, ledet af Vega, blev udgivet i The Astrophysical Journal .

Systemet, kaldet U Mon for kort, ligger omkring 3, 600 lysår væk i stjernebilledet Monoceros. Dens to stjerner cirkler omkring hinanden hvert sjette og et halvt år på en bane, der tippes omkring 75 grader fra vores perspektiv.

Den primære stjerne, en ældre gul superkæmpe, har omkring to gange Solens masse, men har bølget til 100 gange Solens størrelse. Et tovtrækkeri mellem tryk og temperatur i dens atmosfære får den til regelmæssigt at udvide sig og trække sig sammen, og disse pulseringer skaber forudsigelige lysstyrkeændringer med skiftende dybe og overfladiske fald i lys - et kendetegn for RV Tauri-systemer. Forskere ved mindre om ledsagerstjernen, men de tror, ​​det er af samme masse og meget yngre end det primære.

Den kølige skive omkring begge stjerner er sammensat af gas og støv, der udstødes af den primære stjerne, mens den udviklede sig. Ved hjælp af radioobservationer fra Submillimeter Array på Maunakea, Hawaii, Vegas team vurderede, at disken er omkring 51 milliarder miles (82 milliarder kilometer) på tværs. De binære kredsløb inde i et centralt mellemrum, som forskerne mener er sammenligneligt med afstanden mellem de to stjerner ved deres maksimale adskillelse, når de er omkring 540 millioner miles (870 millioner kilometer) fra hinanden.

Når stjernerne er længst væk fra hinanden, de er nogenlunde på linje med vores synsfelt. Disken skjuler delvist det primære og skaber endnu en forudsigelig udsving i systemets lys. Vega og hendes kolleger tror, ​​at det er, når en eller begge stjerner interagerer med diskens indre kant, udsugning af gas- og støvstrømme. De foreslår, at ledsagerstjernen tragter gassen ind i sin egen skive, som opvarmes og genererer en røntgenstråleudsendende udstrømning af gas. Denne model kunne forklare røntgenstråler opdaget i 2016 af den europæiske rumorganisations XMM-Newton-satellit.

"XMM-observationerne gør U Mon til den første RV Tauri-variabel detekteret i røntgenstråler, " sagde Kim Weaver, den amerikanske XMM-projektforsker og en astrofysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Det er spændende at se jord- og rumbaserede multibølgelængdemålinger samles for at give os ny indsigt i et længe undersøgt system."

I deres analyse af U Mon, Vegas team inkorporerede også 130 års observationer af synligt lys.

Den tidligste tilgængelige måling af systemet, afhentet 25. dec. 1888, kom fra arkiverne fra American Association of Variable Star Observers (AAVSO), et internationalt netværk af amatører og professionelle astronomer med hovedkontor i Cambridge, Massachusetts. AAVSO leverede yderligere historiske målinger lige fra midten af ​​1940'erne til i dag.

Forskerne brugte også arkiverede billeder katalogiseret af Digital Access to a Sky Century @ Harvard (DASCH), et program ved Harvard College Observatory i Cambridge dedikeret til digitalisering af astronomiske billeder fra fotografiske glasplader lavet af jordbaserede teleskoper mellem 1880'erne og 1990'erne.

U Mons lys varierer både fordi den primære stjerne pulserer, og fordi skiven delvist skjuler den hvert 6,5 år eller deromkring. De kombinerede AAVSO- og DASCH-data gjorde det muligt for Vega og hendes kolleger at se en endnu længere cyklus, hvor systemets lysstyrke stiger og falder cirka hvert 60. år. De tror, ​​at der er en kæde eller klump i disken, placeret omtrent lige så langt fra det binære som Neptun er fra Solen, forårsager denne ekstra variation, når den kredser.

Vega afsluttede sin analyse af U Mon-systemet som NASA Harriett G. Jenkins prædoctoral Fellow, et program finansieret af NASA Office of STEM Engagement's Minority University Research and Education Project.

"Til hendes doktorafhandling, Laura brugte dette historiske datasæt til at opdage en egenskab, der ellers kun ville optræde én gang i en astronoms karriere, " sagde medforfatter Rodolfo Montez Jr., en astrofysiker ved Center for Astrofysik | Harvard &Smithsonian, også i Cambridge. "Det er et vidnesbyrd om, hvordan vores viden om universet opbygges over tid."

Medforfatter Keivan Stassun, en ekspert i stjernedannelse og Vegas doktorgradsrådgiver hos Vanderbilt, bemærker, at dette udviklede system har mange funktioner og adfærd til fælles med nydannede binære filer. Begge er indlejret i skiver af gas og støv, trække materiale fra disse diske, og producere udstrømning af gas. Og i begge tilfælde, skiverne kan danne skæv eller klumper. I unge binære filer, de kan signalere begyndelsen på planetdannelsen.

"Vi har stadig spørgsmål om funktionen på U Mons disk, som kan blive besvaret af fremtidige radioobservationer, " sagde Stassun. "Men ellers, mange af de samme egenskaber er der. Det er fascinerende, hvor tæt disse to binære livsstadier afspejler hinanden."