Sällsynt binär stjärna har konstigt rund bana, rapporterar forskare

Efter att ha analyserat ett berg av astronomiska data lämnade Clarissa Pavao, en student vid Embry-Riddle Aeronautical Universitys Prescott, Arizona campus, sin preliminära analys. Hans mentors svar var snabbt och i alla storlekar: “DET FINNS EN ORBIT!” han skrev.

Det var då Pavao, en rymdfysikstudent, insåg att hon var på väg att vara en del av något stort – en artikel i tidningen Natur som beskriver ett sällsynt binärt stjärnsystem med ovanliga egenskaper.

Tidningen, som publicerades 1 februari 2023 och skrevs tillsammans med Dr. Noel D. Richardson, biträdande professor i fysik och astronomi vid Embry-Riddle, beskriver ett tvillingstjärnsystem som är ljust med röntgenstrålar och rikt på massa. Utrustat med en märkligt cirkulär bana – en märklighet bland binärer – verkar tvillingsystemet ha bildats när en exploderande stjärna eller så dog supernovan ut utan den vanliga smällen, liknande ett misslyckat smällare.

Binärsystemets runda omloppsbana var en viktig ledtråd som hjälpte forskare att identifiera det binära systemets andra stjärna som en utarmad eller “ultrastrippad” supernova. Vanligtvis efter att en stjärna har förbrukat allt kärnbränsle, dess kärna kollapsar innan den exploderar i rymden som en supernova. I det här fallet sa Richardson: “Stjärnan var så utmattad att explosionen inte ens hade tillräckligt med energi för att ge omloppsbanan den mer typiska elliptiska formen som ses i liknande binärer.”

Vi är stjärnstoft

Namnet på det binära systemet ser ut som en registreringsskylt: CPD-29 2176. Forskare uppskattar att det förmodligen bara finns ett tiotal sådana stjärnsystem i galaxen idag. Genom att studera det avslöjar de nya ledtrådar om vår första början, som stjärndamm.

“När vi tittar på de här föremålen tittar vi bakåt i tiden,” förklarade Pavao. “Vi lär oss mer om universums ursprung, vilket kommer att berätta vart vårt solsystem är på väg. Som människor började vi med samma grundämnen som dessa stjärnor.”

Richardson tillade att utan binära system som CPD-29 2176 skulle livet på jorden se väldigt annorlunda ut. “System som detta kommer sannolikt att utvecklas till binära neutronstjärnor, som så småningom smälter samman och bildar tunga element som sprängs ut i universum,” noterade han. “Dessa tunga grundämnen tillåter oss att leva som vi gör. Till exempel skapades det mesta av guldet av stjärnor som liknar supernovareliken eller neutronstjärnan i det binära systemet vi studerade. .astronomin fördjupar vår förståelse av världen och vår plats i den.”

Uthållighet lönar sig

Projektet började när Pavao stannade till Richardsons kontor i hopp om att få lite forskningserfarenhet. “Jag sa, ‘Snälla ge mig lite forskning’.” Han råkade ha data, fångad av 1,5-metersteleskopet vid Inter-American Cerro Tololo Observatory i Chile, om en ljus stjärna känd som en stjärna av typen Be. Be-stjärnan var belägen på samma plats på himlen som en annan som hade producerat en stor blixt av röntgenstrålar. Denna blixt – möjligen något som kallas en “mjuk gammarepeater” – hade fångat astronomernas uppmärksamhet, vilket fick Richardson och andra att begära teleskopdata.

Pavao ritade upp spektra för stjärnan Be, men först var hon tvungen att rensa upp data för att göra det mindre bullrigt. “Teleskopet tittar på en stjärna och det plockar upp allt ljus så att du kan se elementen som utgör den stjärnan”, noterade hon, “men Be-stjärnor tenderar att ha skivor av material runt sig. Det är svårt att se rakt igenom den. Allt.”

Uthållighet lönade sig: Pavao lyckades lära sig mer om databehandling och datorkodning så att han kunde analysera stjärnspektra. Hon och Richardson hittade en enkel linje som härstammade från stjärnan och som inte påverkades av skivan runt den. Hon trodde att hennes diagram var en scatterplot. Richardson trodde något annat och fick hennes e-post att skriva med stora bokstäver. Efter att snabbt ha integrerat Pavaos data i ett speciellt datorprogram insåg han att de hade hittat en bana för stjärnan, men det var annorlunda än väntat. Ytterligare analys av data visade att en stjärna verkligen cirklade runt den andra var 60:e dag eller så.

Pavao minns att Richardson sa: “Det är inte bara ett enkelt binärt system.”

Samarbete är viktigt

Ange Jan J. Eldridge från University of Auckland, medförfattare på Natur artikel och en ledande expert på att förstå binära stjärnsystem och deras utveckling. På Richardsons begäran undersökte Eldridge tusentals binära stjärnmönster och fann bara två analoga med den han och Pavao studerade.

Eldridge och hans kollegor kartlade sedan livscykeln för de två stjärnorna i det binära systemet och förklarade hur supernovaresterna svällde och dumpade massa på Be-stjärnan tills den också började ackumuleras. I slutändan blev supernovan en heliumstjärna med låg massa som exploderade och lämnade efter sig en neutronstjärna, men den hade redan överfört så mycket av sin massa till Be-stjärnan att explosionen var matt.

“I grund och botten fick vi reda på hur den ultraavskalade supernovan interagerar med stjärnan Be, och hur den går igenom dessa konstiga livscykel faser”, förklarade Pavao. “Någon gång i framtiden kommer denna Be-stjärna också att vara en supernova-neutronstjärna när cykeln fortsätter. Det kommer att bli ett binärt system med två neutronstjärnor om miljoner år.”