Astronomer, der benytter Gemini North- og Keck II-teleskopene, har kigget ind i et voldeligt binært stjernesystem for at finde ud af, at en af de interagerende stjerner har mistet så meget masse til sin partner, at den har regresseret til et underligt, inert legeme, der ligner ingen kendt stjernetype.
Den døde stjerne er ikke i stand til at opretholde nuklear fusion i sin kerne og er dømt til at bane rundt med sin meget mere energiske hvide dværgpartner i millioner af år. Den døde stjerne er i det væsentlige en ny, ubestemmelig type stjerneobjekt.
"Ligesom den klassiske linje om den foruroligede partner i et romantisk forhold, gav den mindre donorstjerne og gav, og gav noget mere, indtil den ikke havde noget tilbage at give," siger Steve B. Howell, en astronom med Wisconsin-Indiana-Yale -NOAO (WIYN) teleskop og National Optical Astronomy Observatory, Tucson, AZ. ”Nu har donorstjernen nået en blindgyde - den er alt for massiv til at betragtes som en superplanet, dens sammensætning stemmer ikke overens med kendte brune dværge, og den er alt for lav i masse til at være en stjerne. Der er ingen sand kategori for et objekt i sådan limbo. ”
Det binære system, kendt som EF Eridanus (forkortet EF Eri), ligger 300 lysår fra Jorden i stjernebilledet Eridanus. EF Eri består af en svag hvid dværgstjerne med ca. 60 procent af solens masse og donorobjektet af ukendt type, som har en estimeret hovedpart på kun 1/20 af en solmasse.
Howell og Thomas E. Harrison fra New Mexico State University foretaget infrarød måling med høj præcision af det binære stjernesystem ved hjælp af de spektrografiske egenskaber til Near Infrared Imager (NIRI) på Gemini North-teleskopet og NIRSPEC på Keck II begge på Mauna Kea i december Henholdsvis 2002 og september 2003. Støttende observationer blev foretaget med det 2,1-meter-teleskop ved Kitt Peak National Observatory nær Tucson i september 2002.
EF Eri er en type binærstjernesystem kendt som magnetiske kataklysmiske variabler. Denne klasse af systemer producerer muligvis mange flere af disse 'døde' objekter, end forskere har klar over, siger Harrison, medforfatter til et papir om opdagelsen, der skal offentliggøres i oktober-udgaven af Astrophysical Journal. ”Disse typer systemer er ikke almindeligt beskrevet i de sædvanlige folketællingstall for stjernesystemer i en typisk galakse,” siger Harrison. ”De skal bestemt overvejes mere omhyggeligt.”
Den hvide dværg i EF Eri er en komprimeret, udbrændt rest af en solstjernetype, der nu er omtrent den samme diameter som Jorden, skønt den stadig udsender rigelige mængder af synligt lys. Howell og Harrison observerede EF Eri i det infrarøde, fordi infrarødt lys fra parret naturligt domineres af varme og længere bølgelængdeemissioner fra det sekundære objekt.
Det videnskabelige detektivarbejde for at udlede komponenterne i dette binære system blev meget kompliceret af cyclotronstrålingen, der udsendes, når frie elektroner spiral ned langs de kraftige magnetfeltlinjer i den hvide dværg. Den hvide dværgs magnetfelt er cirka 14 millioner gange så kraftfuld som solens. Den resulterende cyclotronstråling udsendes primært i den infrarøde del af spektret.
”I vores oprindelige spektroskopi af EF Eri bemærkede vi, at nogle dele af det infrarøde kontinuumlys blev ca. 2-3 gange lysere i en periode og derefter forsvandt. Denne lysning gentog hver bane og måtte derfor have en oprindelse i det binære, ”forklarer Howell. ”Vi troede først, at lysstyrkeændringen skyldtes forskellen mellem en opvarmet side og en køligere side af donorobjektet, men yderligere observationer med Gemini og Keck pegede i stedet på cyclotronstråling. Vi 'ser' denne ekstra infrarøde komponent i de faser, der opstår, når strålingen stråles i vores retning, og vi ser den ikke, når strålingen peger i andre retninger. '
Den to minutter lange orbitalperiode for de to objekter var sandsynligvis fire eller fem timer, da masseoverførselsprocessen begyndte for omkring fem milliarder år siden. Oprindeligt kan den sekundære genstand også have haft samme størrelse som Solen med måske 50-100 procent af en solmasse.
”Når denne interaktive proces med masseoverførsel fra den sekundære stjerne til den hvide dværg begynder, og hvorfor den stoppede, forbliver begge os ukendte,” siger Howell. Under denne proces var gentagne udbrud og nye eksplosioner meget sandsynlige. Processens fysik fik også de to objekter til at spiral tættere på hinanden. I dag kredser de to objekter om hinanden ved omtrent den samme adskillelse som afstanden fra Jorden til Månen. Donorobjektet er regresseret til et legeme med en diameter, der er omtrent lig med planeten Jupiter.
Den kombinerede observationsstyrke fra Gemini 8-meter og Keck 10-meter teleskoper og deres store primære spejle, som var væsentlige for denne forskning, siger Howell, gør det klart, at hverken donorens spektrale træk eller dens sammensætning matcher nogen kendt type brun dværg eller planet.
Derek Homeier University of Georgia skabte en række computermodeller, der forsøger at gentage betingelserne på EF Eri, men selv de bedste af disse stemmer ikke perfekt.
Formen på spektrene angiver en meget sej genstand (ca. 1.700 grader Kelvin, svarende til en kølig brun dværg), men de har alligevel ikke den samme detaljerede form eller nøglefunktioner for brune dværgspektre. De koldeste normale stjerner (stjerner med meget lav masse af M-type) er omkring 2.500 grader K, og Jupiter er 124 grader K. De nærliggende ”varme Jupiter” -eksoplaneter, der påvises indirekte af andre astronomer ved hjælp af deres tyngdepåvirkning på deres moderstjerner, estimeres at være 1.000-1.600 grader K.
Der er en lille chance for, at EF Eri-systemet oprindeligt kunne have bestået af efterkommere af den nutidige hvide dværgstjerne og en slags ”superplanet”, der overlevede udviklingen af den hvide dværg for at resultere i det system, der blev observeret nu, men dette betragtes som usandsynligt.
”Der er omkring 15 andre kendte binære systemer derude, der kan svare til EF Eri, men ingen er blevet studeret nok til at fortælle,” siger Howell. ”Vi arbejder på nogle af dem lige nu og prøver at forbedre vores modeller for bedre at matche de infrarøde spektre.”
Medforfattere til denne artikel om EF Eri er Paula Szkody fra University of Washington i Seattle og Joni Johnson og Heather Osborne fra staten New Mexico.
WIYN 3,5-meter-teleskopet ligger ved Kitt Peak National Observatory, 55 mil sydvest for Tucson, AZ. Kitt Peak National Observatory er en del af National Optical Astronomy Observatory, som drives af Association of Universities for Research in Astronomy (AURA), Inc., under en samarbejdsaftale med National Science Foundation (NSF).
De nationale forskningsbureauer, der udgør partnerskabet Gemini Observatory, inkluderer: US National Science Foundation (NSF), det britiske forskningsråd for partikelfysik og astronomi (PPARC), det canadiske nationale forskningsråd (NRC), den chilenske Comisi og Nacional de Investigaci ? n Cientifica y Tecnol? gica (CONICYT), det australske forskningsråd (ARC), det argentinske Consejo Nacional de Investigaciones Cient? ficas y T? cnicas (CONICET) og det brasilianske Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient? fico e Tecnol? gico ( CNPq). Observatoriet ledes af AURA under en samarbejdsaftale med NSF.
W.M. Keck Observatory drives af California Association for Research in Astronomy (CARA), et videnskabeligt partnerskab mellem California Institute of Technology, University of California og National Aeronautics and Space Administration.
Originalkilde: Gemini News Release
