Astronomer har fundet en hvid dværg, der engang var to hvide dværge. Stjerneparet smeltede sammen til et for ca. 1,3 milliarder år siden. Den resulterende stjerne, navngivet WDJ0551 + 4135, er omkring 150 lysår væk.
En hvid dværg er sluttilstanden for stjerner som vores sol. Når de har brugt deres nukleare brændstof, uddriver de deres ydre materiale. Det, der er tilbage, er en ubeskriveligt tæt samling af stof, uden at der foregår fusion. Det er lysstyrke fra den lagrede termiske energi.
”Denne stjerne stod ud som noget, vi aldrig havde set før.”
Hovedforfatter Mark Hollands, University of Warwick.
Denne hvide dværg er anderledes end andre. Normalt indeholder en hvid dværgs atmosfære ikke meget kulstof. Men WDJ0551 + 4135 har en atmosfære med forhøjede niveauer af kulstof. Det er også meget mere massivt end en typisk hvid dværg.
Begge disse egenskaber stod ud for astronomerne bag en ny undersøgelse, der annoncerede opdagelsen. Studiens førende forsker er Dr. Mark Hollands fra Institut for Fysik ved University of Warwick. Undersøgelsen har titlen "En ultramassiv hvid dværg med en blandet brint-kulstofatmosfære som en sandsynlig fusionsrest." Det offentliggøres i den 2. marts udgave af Nature Astronomy.
Før en stjerne bliver en hvid dværg, går den gennem en rød gigantisk fase. Hvis den røde kæmpe ikke har nok masse til at smelte sammen kulstof, samles kul og ilt i en masse i stjernens centrum. Når stjernen kaster det ydre lag, efterlader det til sidst kun en rest, den hvide dværg. De fleste dværge er primært sammensat af det kulstof og ilt, skønt der er andre typer.
Men normalt er dette kulstof ikke synligt. Et tykt heliumlag blokerer normalt for det. I deres undersøgelse brugte teamet William Herschel-teleskopet til at undersøge den hvide dværg spektroskopisk. Det viste, at atmosfæren havde et usædvanligt højt kulstofindhold, noget som ikke burde være muligt.
”Denne stjerne stod ud som noget, vi aldrig havde set før. Du kan måske forvente at se et ydre lag af brint, sommetider blandet med helium, eller bare en blanding af helium og kulstof, ”sagde hovedforfatter Hollands i en pressemeddelelse. ”Du forventer ikke at se denne kombination af brint og kulstof på samme tid, som der skulle være et tykt lag helium imellem, der forbyder det. Da vi kiggede på det, gav det ingen mening. ”
I stjernetegn er de fleste hvide dværge ikke så massive. De er typisk ca. 0,6 gange så massive som vores sol. Men WDJ0551 + 4135 er anderledes. Dets masse er næsten dobbelt så stor som en typisk hvid dværg ved 1,14 solmasser. Det er stadig ekstremt kompakt for et objekt med så meget masse, ligesom andre hvide dværge. Det er kun ca. to tredjedele af Jordens diameter.
Dets hastighed gennem rummet stemmer heller ikke overens med andre hvide dværge. Astronomer bruger udtrykket ”lokal hvilestandard” for at beskrive den gennemsnitlige bevægelse af stof i Mælkevejen. Det er mellem 202–241 km / s. Men WDJ0551 + 4135 rejser ved 129 ± 5? Km? S?1 i forhold til den lokale hvilestandard, meget hurtigere end andre sager.
Da ældre stjerner rejser hurtigere end unge, da de begge kredser i Mælkevejen, skal denne hvide dværg ældre. Faktisk betyder dets høje hastighed, at det er hurtigere end 99% af andre hvide dværge i galaksen. I deres undersøgelse siger forfatterne ”Vi fandt, at denne hastighed var på 99. percentilen af den tredimensionelle (3D) hastighedsfordeling af nærliggende hvide dverge med lignende absolutte størrelser. Da spredning af stjernernes hastighed øges med systemalderen, kan den hurtige kinematik af WD J0551 + 4135 betyde en systemalder, der er meget ældre end implicit simpelthen fra den hvide dværgkøling. ”
Alle tre egenskaber adskiller den fra andre hvide dværge: dens hastighed / alder, dens masse og det synlige kulstof.
"Den eneste måde, du kan forklare det på, er, hvis det blev dannet gennem en fusion af to hvide dværge."
FØRSTE FORFATTER MARK HOLLANDS, UNIVERSITY OF WARWICK.
"Vi har en sammensætning, som vi ikke kan forklare gennem normal stjernevoluering, en masse, der er dobbelt så høj som gennemsnittet for en hvid dværg, og en kinematisk alder, der er ældre end den, der udledes af afkøling," sagde Hollands. ”Vi er temmelig sikre på, hvordan en stjerne danner en hvid dværg, og den burde ikke gøre det. Den eneste måde du kan forklare det på er hvis det blev dannet gennem en fusion af to hvide dværge. ”
Den fusionerede dværg er sandsynligvis resultatet af milliarder af år med stjernernes udvikling i et binært stjernesystem. En af stjernens når sin røde gigantfase inden sin partner og udvider sig og omslutter partneren. Når den første stjerne derefter krymper, trækkes banen mellem de to tættere på. Derefter går den anden stjerne gennem sin røde gigantfase og udvider og omslutter den anden.
Det tager milliarder af år, men til sidst får gravitationsbølgeemissionen bane til at krympe endnu mere. Enden er i syne, eller ægteskabet måske, og når bane krymper tilstrækkeligt, blev stjernerne smeltet sammen til en.
"Der er ikke så mange hvide dværge så massiv, selvom der er flere, end du ville forvente at se, hvilket indebærer, at nogle af dem sandsynligvis blev dannet af fusioner."
FØRSTE FORFATTER MARK HOLLANDS, UNIVERSITY OF WARWICK.
Astronomer har forudsagt eksistensen af fusionerede hvide dværge, men denne bryder stadig forventningerne. De forudsiger, at fusioner skal være mellem to forskellige hvide dværge i forskellige størrelser. Men WDJ0551 + 4135 ser ud til at være en fusion mellem dværge af lignende størrelse.
Der er en øvre massegrænse for hvide dværge, selv for et par, der er fusioneret. Hvis den resulterende stjernemåde er tilstrækkelig massiv, eksploderer den som en termisk løbsk supernova. Astrofysikere mener, at grænsen er omkring 1,4 solmasser, men de er ikke sikre. Det er muligt, at objekter kan eksplodere som supernovaer ved mindre end 1,4 solmasser. Ved 1,14 solmasser hjælper denne hvide dværg astrofysikere med at forstå den øvre massegrænse.
Forskere kan forstå en hvid dværgs alder ved at se på dens temperatur. Hvide dværge genererer ikke nogen varme, fordi der ikke er nogen fusion mere. De er mere som glør end stjerner, og ved at overvåge stjernens afkøling kan de bestemme dens alder. Men når to hvide dværge smelter sammen, starter køleprocessen igen.
Der er ingen præcis måde at bestemme denne tids alder på, og de to hvide dværge kan have været hvide dverge i milliarder af år før de fusionerede. Forskerne mener stadig, at selve fusionen fandt sted for omkring 1,3 milliarder år siden.
Forskere har kun nogensinde fundet et par fusionerede hvide dværge før. Men dette er første gang, man identificeres gennem dens sammensætning.
”Der er ikke så mange hvide dværge så massiv, selvom der er mere end man kunne forvente at se, hvilket indebærer, at nogle af dem sandsynligvis blev dannet af fusioner,” sagde Hollands.
"I fremtiden kan vi muligvis bruge en teknik kaldet asteroseismologi for at lære om den hvide dværgs kernesammensætning fra dens stjernepulsationer, hvilket ville være en uafhængig metode, der bekræfter denne stjerne dannet af en fusion."
”Det mest spændende aspekt ved denne stjerne er måske, at den næsten må have undladt at eksplodere som en supernova - disse gargantuanske eksplosioner er virkelig vigtige i kortlægning af universets struktur, da de kan opdages til meget store afstande,” sagde Hollands. ”Der er dog stadig stor usikkerhed omkring, hvilken slags stjernesystemer der kommer til supernova-scenen. Mærkeligt, som det måske lyder, når vi måler egenskaberne ved denne 'mislykkede' supernova og fremtidige look-alikes, fortæller vi meget om veje til termonuklear selvudslettelse. '
Mere:
- Pressemeddelelse: To stjerner fusionerede og dannede en massiv hvid dværg
- Undersøgelse: En ultramassiv hvid dværg med en blandet brint-kulstofatmosfære som en sandsynlig fusionsrest
- Space Magazine: Bizarre Star kunne være resultatet af to hvide dværge, der smelter sammen
