Astronomowie dokonali przełomowego odkrycia układów podwójnych gwiazd, składających się z: biały karzeł oraz gwiazda ciągu głównego w młodych gromadach gwiazd.
Odkrycie to otwiera nowe możliwości zrozumienia ewolucji gwiazd i może dostarczyć wglądu w pochodzenie takich zjawisk, jak supernowe i fale grawitacyjne.
Przełomowe odkrycie w gromadach gwiazd
Naukowcy z Uniwersytetu w Toronto (University of T) dokonali przełomowego odkrycia: pierwszych par białych karłów – „martwych” pozostałości gwiazd – i gwiazd ciągu głównego – wciąż „żywych” gwiazd – w młodych gromadach gwiazd. Opublikowano 15 listopada w The Dziennik astrofizycznyodkrycie to rzuca światło na krytyczną fazę ewolucji gwiazd i rozwiązuje jedną z trwałych tajemnic astrofizyki.
Odkrycie to pomaga wypełnić lukę pomiędzy najwcześniejszym i końcowym etapem układów podwójnych gwiazd – dwoma gwiazdami związanymi wspólną orbitą grawitacyjną. Zrozumienie tych układów poszerza naszą wiedzę o tym, jak powstają gwiazdy, ewoluują galaktyki i powstają elementy tworzące wszechświat. Ponadto te układy podwójne, które często zawierają jedną lub więcej zwartych pozostałości, mogą być kluczem do wyjaśnienia zjawisk kosmicznych, takich jak eksplozje supernowych i fale grawitacyjne.
Większość gwiazd występuje w układach podwójnych. W rzeczywistości prawie połowa wszystkich gwiazd podobnych do naszego Słońca ma co najmniej jedną gwiazdę towarzyszącą. Te sparowane gwiazdy zwykle różnią się rozmiarem, przy czym jedna gwiazda często jest masywniejsza od drugiej. Chociaż można pokusić się o założenie, że gwiazdy te ewoluują w tym samym tempie, gwiazdy o większej masie żyją krócej i przechodzą przez etapy ewolucji gwiazd znacznie szybciej niż ich towarzysze o mniejszej masie.
Odkrywanie tajemnicy wspólnej koperty
Na etapie, w którym gwiazda zbliża się do końca swojego życia, rozszerza się do setek lub tysięcy razy w stosunku do pierwotnego rozmiaru, podczas tak zwanych faz czerwonego olbrzyma lub asymptotycznego rozgałęzienia olbrzyma. W bliskich układach podwójnych ekspansja ta jest tak dramatyczna, że zewnętrzne warstwy umierającej gwiazdy mogą czasami całkowicie pochłonąć jej towarzysza. Astronomowie nazywają to fazą wspólnej otoczki, ponieważ obie gwiazdy są owinięte w tę samą materię.
Faza wspólnej otoczki pozostaje jedną z największych tajemnic astrofizyki. Naukowcy starali się zrozumieć, w jaki sposób gwiazdy zbiegające się spiralnie w tym krytycznym okresie wpływają na ich późniejszą ewolucję. Nowe badania mogą rozwiązać tę zagadkę.
Pozostałościami po śmierci gwiazd są zwarte obiekty zwane białymi karłami. Znalezienie tych postwspólnych układów otoczek, które zawierają zarówno „martwą” pozostałość gwiazdową, jak i „żywą” gwiazdę – inaczej zwanych układami podwójnymi białego karła z ciągiem głównym – zapewnia unikalny sposób badania tej ekstremalnej fazy ewolucji gwiazd.
„Gwiazdy podwójne odgrywają ogromną rolę w naszym wszechświecie” – mówi główna autorka Steffani Grondin, absolwentka Wydziału Astronomii i Astrofizyki Davida A. Dunlapa na Uniwersytecie w T. „Ta próbka obserwacyjna stanowi kluczowy pierwszy krok w umożliwieniu nam prześledzić pełne cykle życia układów podwójnych i, miejmy nadzieję, pozwolą nam ograniczyć najbardziej tajemniczą fazę ewolucji gwiazd”.
Postępy w obserwacji układów podwójnych
Naukowcy wykorzystali uczenie maszynowe analizować dane z trzech głównych źródeł: Europejska Agencja Kosmiczna’S Gaja misja – teleskop kosmiczny, który zbadał ponad miliard gwiazd w naszej galaktyce – wraz z obserwacjami z 2MASA I Pan-STARRS1 ankiety. Ten połączony zestaw danych umożliwił zespołowi wyszukiwanie nowych układów podwójnych w klastrach o cechach przypominających znane pary sekwencji głównej biały karzeł.
Chociaż tego typu układy binarne powinny być bardzo powszechne, znalezienie ich było trudne, gdyż przed rozpoczęciem badań w klastrach potwierdzono tylko dwóch kandydatów. Badania te mogą potencjalnie zwiększyć tę liczbę do 52 układów podwójnych w 38 gromadach gwiazd. Ponieważ uważa się, że wszystkie gwiazdy w tych gromadach powstały w tym samym czasie, znalezienie tych układów podwójnych w gromadach otwartych pozwala astronomom ograniczyć wiek układów i prześledzić ich pełną ewolucję od czasów sprzed wspólnych warunków otoczki do obserwowanych układów podwójnych w ich faza po wspólnej otoczce.
Implikacje dla astrofizyki i nie tylko
„Wykorzystanie uczenia maszynowego pomogło nam zidentyfikować wyraźne sygnatury tych unikalnych systemów, których nie byliśmy w stanie łatwo zidentyfikować na podstawie zaledwie kilku punktów danych” – mówi współautor Joshua Speagle, profesor w Departamencie ds. Davida A. Dunlapa Astronomii i Astrofizyki oraz Wydział Nauk Statystycznych na Uniwersytecie T. „Pozwoliło nam to również zautomatyzować przeszukiwanie setek gromad, co byłoby niemożliwe, gdybyśmy próbowali ręcznie zidentyfikować te układy”.
„To naprawdę pokazuje, jak wiele w naszym wszechświecie kryje się na widoku – wciąż czeka na odkrycie” – mówi współautorka Maria Drout, także profesor na Wydziale Astronomii i Astrofizyki Davida A. Dunlapa na Uniwersytecie T. „ Chociaż istnieje wiele przykładów tego typu układu podwójnego, bardzo niewiele z nich ma ograniczenia wiekowe niezbędne do pełnego odwzorowania ich historii ewolucyjnej. Choć pozostało jeszcze mnóstwo pracy do potwierdzenia i pełnego scharakteryzowania tych układów, wyniki te będą miały wpływ na wiele dziedzin astrofizyki.”
Układy podwójne zawierające zwarte obiekty są także przodkami ekstremalnej eksplozji gwiazd zwanej supernową typu Ia oraz rodzaju łączenia się, które powoduje fale grawitacyjne, czyli zmarszczki w czasoprzestrzeni, które można wykryć za pomocą takich instrumentów, jak Obserwatorium Fal Grawitacyjnych z Interferometrem Laserowym (LIGO). Ponieważ zespół wykorzystuje dane z Teleskopów Gemini, Kecka i Magellana do potwierdzenia i pomiaru właściwości tych układów podwójnych, katalog ten ostatecznie rzuci światło na wiele nieuchwytnych zjawisk przejściowych w naszym wszechświecie.
Odniesienie: „Pierwszy katalog kandydatów na białe karły – układy podwójne ciągu głównego w otwartych gromadach gwiazd: nowe okno na ewolucję wspólnej obwiedni” autorstwa Steffani M. Grondin, Maria R. Drout, Jason Nordhaus, Philip S. Muirhead, Joshua S. Speagle i Ryan Chornock, 15 listopada 2024 r., Dziennik astrofizyczny.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad7500
Instytucje wnoszące wkład obejmują Wydział Astronomii i Astrofizyki Davida A. Dunlapa, Instytut Astronomii i Astrofizyki Dunlapa, Wydział Nauk Statystycznych oraz Instytut Nauk o Danych na Uniwersytecie w Toronto, a także Narodowy Instytut Techniczny dla Niesłyszących i Centrum Obliczeniowej Teorii Względności i Grawitacji w Rochester Institute of Technology, Wydziale Astronomii i Instytucie Badań Astrofizycznych na Uniwersytecie Bostońskim oraz Katedra Astronomii UM Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley.
