Międzynarodowy zespół astronomów odkrył serię tajemniczych impulsów radiowych, które mają swoje źródło w nieznanym dotąd miejscu.
Źródło: Daniëlle Futselaar/artsource.nl
Zaczynając dekadę temu, astronomowie wykryli impuls emisji radiowej co dwie godziny, pochodzący z kierunku Wielkiego Wozu. Po połączeniu obserwacji z wielu teleskopów, zespół może teraz ujawnić winowajcę: układ podwójny z martwą gwiazdą.
Zgodnie z nowymi badaniami, opublikowanymi w czasopiśmie Nature Astronomy, czerwony karzeł i biały karzeł krążą wokół siebie tak ciasno, że ich pola magnetyczne oddziałują na siebie. Za każdym razem, gdy uderzają o siebie nawzajem – czyli co dwie godziny – interakcja ta emituje długi radiowy grzmot.
Chociaż wcześniej astronomowie śledzili długie impulsy radiowe tylko w gwiazdach neutronowych, nowe odkrycie pokazuje, że ruch gwiazd w układzie podwójnym może również emitować długookresowe impulsy radiowe.
Istnieje kilka silnie namagnesowanych gwiazd neutronowych (magnetarów), o których wiadomo, że wykazują impulsy radiowe o okresie kilku sekund – powiedział astrofizyk z Northwestern i współautor artykułu Charles Kilpatrick. Niektórzy astrofizycy argumentowali również, że źródła mogą emitować impulsy w regularnych odstępach czasu, ponieważ wirują, więc widzimy emisję radiową tylko wtedy, gdy źródło obraca się w naszym kierunku. Teraz wiemy, że przynajmniej niektóre długookresowe radiowe sygnały przejściowe pochodzą z układów podwójnych. Mamy nadzieję, że zmotywuje to radioastronomów do zlokalizowania nowych klas źródeł, które mogą pochodzić z układów podwójnych gwiazd neutronowych lub magnetarów.
Powtarzające się sygnały radiowe
Iris de Ruiter z Uniwersytetu w Sydney, która kierowała badaniami, po raz pierwszy odkryła impulsy w 2024 roku, gdy przeszukiwała archiwa Low Frequency Array (LOFAR), największego radioteleskopu działającego na najniższych częstotliwościach, które można obserwować z Ziemi. Przeglądając dane, odkryła, że pierwszy impuls pojawił się w 2015 roku. Kiedy następnie przejrzała więcej danych archiwalnych z tego samego obszaru nieba, odkryła sześć kolejnych impulsów.
Podobnie jak krótki błysk światła – ale w formie radiowej – każdy impuls trwa od sekund do minut. Co dziwne, impulsy te powtarzają się w regularnych odstępach czasu, niczym kosmiczny zegar tykający raz na dwie godziny. W ostatnich latach astronomowie odkryli coraz więcej szybkich błysków radiowych (FRB). Impulsy radiowe, o których mowa, są jednak znacznie rzadszym zjawiskiem.
Impulsy radiowe są bardzo podobne do FRB, ale każdy z nich ma inną długość – powiedział Kilpatrick. Impulsy mają znacznie niższe energie niż FRB i zwykle trwają kilka sekund, w przeciwieństwie do FRB, które trwają milisekundy. Wciąż pozostaje pytanie, czy istnieje kontinuum obiektów pomiędzy długookresowymi radiowymi zjawiskami przejściowymi i FRB, czy też są to odrębne populacje.
Zaciekawieni źródłami impulsów, de Ruiter i jej zespół uzyskali dalsze obserwacje z Obserwatorium MMT w Arizonie i Obserwatorium McDonalda w Teksasie. Obserwacje te ujawniły, że źródłem nie była jedna migająca gwiazda, lecz dwie gwiazdy pulsujące razem. Obie gwiazdy, znajdujące się w odległości zaledwie 1600 lat świetlnych od Ziemi, krążą wokół wspólnego środka masy, wykonując pełny obrót co 125,5 minuty.
Taniec martwej gwiazdy
Aby potwierdzić te odkrycia, Kilpatrick wykorzystał zdalny dostęp Northwestern do MMT w Arizonie, aby obserwować układ podczas jego pełnego dwugodzinnego cyklu.
Obserwacje te pozwoliły Kilpatrickowi śledzić zmiany w ruchu układu i uzyskać widma optyczne czerwonego karła. Biorąc światło emitowane przez gwiazdę i dzieląc je na barwy składowe, Kilpatrick był w stanie uzyskać informacje o samej gwieździe.
Linie spektroskopowe w tych danych pozwoliły nam ustalić, że czerwony karzeł porusza się tam i z powrotem bardzo szybko z dokładnie takim samym dwugodzinnym okresem jak impulsy radiowe – powiedział Kilpatrick. To przekonujący dowód na to, że czerwony karzeł znajduje się w układzie podwójnym.
Ruch tam i z powrotem wynikał z grawitacji gwiazdy towarzyszącej, która przyciągała czerwonego karła. Precyzyjnie obliczając zmienność tych ruchów, Kilpatrick zmierzył masę znacznie słabszego towarzysza. Obliczona masa pokrywała się z typową masą białego karła. Podczas gdy białe karły mogą mieć masę od niskiej do średniej, podobnie jak nasze Słońce, czerwone karły są zawsze znacznie mniejsze i chłodniejsze.
W prawie każdym scenariuszu jego masa i fakt, że jest zbyt słaby, aby go zobaczyć, oznacza, że musi to być biały karzeł – powiedział Kilpatrick. Potwierdza to wiodącą hipotezę pochodzenia podwójnego białego karła i jest pierwszym bezpośrednim dowodem, jaki mamy na układy prekursorów długookresowych radiowych obiektów przejściowych.
W przyszłości astronomowie planują bardziej szczegółowo zbadać emisję ultrafioletową tego źródła podwójnego, nazwanego ILTJ1101. Wyniki badań mogą pomóc w określeniu temperatury białego karła i ujawnić więcej informacji na temat historii białych i czerwonych karłów.
Szczególnie fajnie było dodać nowe elementy do układanki – powiedziała de Ruiter. Współpracowaliśmy z ekspertami z różnych dziedzin astronomii. Dzięki różnym technikom i obserwacjom krok po kroku zbliżyliśmy się do rozwiązania.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Northwestern
