Większość gwiazd i innych obiektów we Wszechświecie występuje w parach. Teraz międzynarodowy zespół naukowców odkrył 21 gwiazd neutronowych w parach z gwiazdami podobnymi do Słońca.
Większość gwiazd w naszym Wszechświecie występuje w parach. Choć nasze Słońce jest samotnikiem, wiele gwiazd podobnych do niego krąży wokół tego typu gwiazd. Także inne egzotyczne pary wypełniają kosmos. Na przykład czarne dziury często krążą wokół siebie. Jedną z par, która okazała się dość rzadka, jest ta między gwiazdą podobną do Słońca a rodzajem martwej gwiazdy zwanej gwiazdą neutronową.
Teraz astronomowie pod kierownictwem Kareema El-Badry’ego z Caltech odkryli 21 gwiazd neutronowych krążących w układach podwójnych z gwiazdami podobnymi do naszego Słońca. Gwiazdy neutronowe to gęste, wypalone jądra masywnych gwiazd, które eksplodowały. Same w sobie są niezwykle słabe i zwykle nie można ich bezpośrednio wykryć. Są one cięższe od gwiazd podobnych do Słońca, ale oba obiekty krążą wokół wspólnego środka masy. Gdy gwiazdy neutronowe krążą po orbicie, ciągną za sobą gwiazdy podobne do Słońca, powodując, że ich towarzysze przesuwają się tam i z powrotem po niebie. Korzystając z misji Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej, astronomowie byli w stanie uchwycić te charakterystyczne wahania, aby odkryć nową populację ciemnych gwiazd neutronowych.
“Gaia nieustannie skanuje niebo i mierzy wahania ponad miliarda gwiazd, więc szanse na znalezienie nawet bardzo rzadkich obiektów są duże” – powiedział El-Badry, adiunkt astronomii w Caltech i adiunkt w Instytucie Maxa Plancka w Niemczech.
Nowe badania, które obejmują zespół współautorów z całego świata, zostały opublikowane w The Open Journal of Astrophysics. Dane z kilku naziemnych teleskopów zostały wykorzystane do kontynuowania obserwacji Gaia i dowiedzenia się więcej o masach i orbitach ukrytych gwiazd neutronowych.
Chociaż gwiazdy neutronowe były już wcześniej wykrywane na orbitach wokół gwiazd takich jak nasze Słońce, wszystkie te układy były bardziej zwarte. Przy niewielkiej odległości dzielącej oba ciała, gwiazda neutronowa (która jest cięższa niż gwiazda podobna do Słońca) może kraść masę od swojego partnera. Ten proces transferu masy sprawia, że gwiazda neutronowa świeci jasno na falach rentgenowskich lub radiowych. Natomiast gwiazdy neutronowe w tych badaniach znajdują się znacznie dalej od swoich partnerów – w odległości od jednego do trzech razy większej niż odległość między Ziemią a Słońcem.
Oznacza to, że nowo odkryte gwiezdne zwłoki znajdują się zbyt daleko od swoich partnerów, aby kraść od nich materię. Zamiast tego są spokojne i ciemne. Są to pierwsze gwiazdy neutronowe odkryte wyłącznie dzięki efektom grawitacyjnym – powiedział El-Badry.
Odkrycie to jest pewnym zaskoczeniem, ponieważ nie jest jasne, w jaki sposób eksplodująca gwiazda znalazła się obok gwiazdy takiej jak nasze Słońce.
Wciąż nie mamy kompletnego modelu formowania się tych układów podwójnych – wyjaśnił El-Badry. Zasadniczo, protogwiazda gwiazdy neutronowej powinna stać się ogromna i wejść w interakcję z gwiazdą typu słonecznego podczas jej późnego etapu ewolucji. Ogromna gwiazda potrąciłaby małą gwiazdę, prawdopodobnie tymczasowo ją pochłaniając. Później, przodek gwiazdy neutronowej eksplodowałby jako supernowa, która, zgodnie z modelami, powinna rozdzielić układy podwójne, wysyłając gwiazdy neutronowe i gwiazdy podobne do Słońca w przeciwnych kierunkach.
Odkrycie tych nowych układów pokazuje, że przynajmniej niektóre układy podwójne przetrwały te kataklizmiczne procesy, mimo że modele nie potrafią jeszcze w pełni wyjaśnić, w jaki sposób – powiedział.
Gaia była w stanie znaleźć mało prawdopodobnych towarzyszy ze względu na ich szerokie orbity i długie okresy (gwiazdy podobne do Słońca krążą wokół gwiazd neutronowych z okresami od sześciu miesięcy do trzech lat). Jeżeli ciała są zbyt blisko siebie, wahanie będzie zbyt małe, by je wykryć – powiedział El-Badry. Dzięki Gaia jesteśmy bardziej wrażliwi na szersze orbity. Gaia jest również najbardziej wrażliwa na układy podwójne, które znajdują się w odległości do 3000 lat świetlnych od Ziemi, co jest stosunkowo niewielką odległością w porównaniu na przykład do 100 000 lat świetlnych średnicy Drogi Mlecznej.
Nowe obserwacje sugerują również, jak rzadkie są takie pary. Szacujemy, że około jedna na milion gwiazd typu słonecznego krąży wokół gwiazdy neutronowej na szerokiej orbicie – powiedział.
El-Badry interesuje się również poszukiwaniem niewidocznych uśpionych czarnych dziur na orbitach gwiazd podobnych do Słońca. Korzystając z danych Gaia, znalazł dwie z tych cichych czarnych dziur ukrytych w naszej Galaktyce. Jedna z nich, zwana Gaia BH1, jest najbliższą znaną czarną dziurą w odległości do 1600 lat świetlnych od Ziemi.
Nie wiemy też na pewno, w jaki sposób powstały te układy podwójne czarnych dziur – powiedział El-Badry. Istnieją wyraźne luki w naszych modelach ewolucji gwiazd podwójnych. Znalezienie większej liczby tych ciemnych towarzyszek i porównanie statystyk ich populacji z przewidywaniami różnych modeli pomoże nam zrozumieć, w jaki sposób się formują.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Caltech