天文学家发现了一对具有最短轨道的“灾难性”恒星

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我们银河系中近一半的恒星像太阳一样孤独。 另一半由环绕其他恒星的恒星组成,成对和成对地环绕着其他恒星,它们的轨道非常紧凑,以至于一些恒星系统可以位于地球和月球之间。

麻省理工学院和其他地方的天文学家已经发现了一个恒星双星或一对恒星,它们的轨道极短,似乎每 51 分钟彼此绕一圈。 该系统似乎是被称为“灾难变星”的罕见双星之一,其中一颗类似于我们太阳的恒星紧紧围绕着一颗白矮星——一颗炽热、致密的烧毁恒星核心运行。

当两颗星相平时,就会发生灾难性的变数 close,超过数十亿年,导致白矮星开始吸积,或吃掉它的伙伴恒星的物质。 这个过程会发出巨大的、多变的闪光,几个世纪前,天文学家认为这是某种未知灾难的结果。

新发现的系统,该团队已标记为 ZTF J1813+4251,是一个灾难性变量,具有迄今为止探测到的最短轨道。 与过去观察到的其他此类系统不同,天文学家在恒星多次相互日食时捕捉到了这一灾难性变量,从而使团队能够精确测量每颗恒星的特性。

通过这些测量,研究人员对系统今天可能在做什么以及它应该怎样在接下来的数亿年中发展进行了模拟。 他们得出的结论是,这些恒星目前正处于过渡阶段,而这颗类太阳恒星一直在盘旋,并将其大部分氢大气“捐赠”给贪婪的白矮星。 这颗类似太阳的恒星最终将被剥离成一个最密集、富含氦的核心。 再过 7000 万年,恒星会以更近的距离移动,超短轨道只需 18 分钟,然后它们就会开始膨胀并分开。

几十年前,麻省理工学院和其他地方的研究人员预测,这种灾难性变量应该会过渡到超短轨道。 这是第一次直接观察到这种过渡系统。

麻省理工学院物理系帕帕拉多研究员 Kevin Burdge 说:“这是一种罕见的情况,我们在从氢吸积转换为氦吸积的过程中发现了其中一个系统。” “人们预测这些物体应该过渡到超短轨道,并且长期以来一直在争论它们是否可以变得足够短以发射可检测的引力波。这一发现让它得以平息。”

Burdge 及其同事在《自然》杂志上报告了他们的发现。 该研究的合著者包括来自多个机构的合作者,包括哈佛和史密森尼天体物理中心。

天空搜索

天文学家在一个庞大的恒星目录中发现了这个新系统,该系统是由兹威基瞬变设施 (ZTF) 观测的,这是一项使用连接到加利福尼亚帕洛玛天文台望远镜上的相机拍摄大片的高分辨率照片的调查。天空。

该调查为天空中超过 10 亿颗恒星中的每一颗拍摄了 1,000 多张图像,记录了每颗恒星在数天、数月和数年内不断变化的亮度。

Burdge 梳理了目录,寻找具有超短轨道的系统的信号,这些系统的动力学可能非常极端,以至于它们应该发出剧烈的光爆发并发射引力波。

“引力波使我们能够以一种全新的方式研究宇宙,”正在天空中寻找新引力波源的 Burdge 说。

在这项新研究中,伯奇查看了 ZTF 数据中似乎反复闪烁的恒星,周期不到一小时——这个频率通常表明一个系统至少有两个轨道紧密的物体,一个与另一个相交并短暂地挡住它的光。

他使用一种算法清除了超过 10 亿颗恒星,每颗恒星都记录在 1000 多张图像中。 该算法筛选出大约 100 万颗似乎每隔一小时左右闪烁的星星。 其中,伯奇随后通过眼睛寻找特别感兴趣的信号。 他的搜索集中在 ZTF J1813+4251,这是一个距离地球约 3,000 光年的系统,位于大力神星座。

“这件事突然出现,我看到每 51 分钟发生一次日食,我说,好吧,这绝对是双星,”伯奇回忆道。

密集的核心

他和他的同事使用夏威夷的 WM Keck 天文台和西班牙的 Gran Telescopio Canarias 进一步专注于该系统。 他们发现该系统异常“干净”,这意味着他们可以清楚地看到每次日食时的光线变化。 如此清晰,他们能够精确测量每个物体的质量和半径,以及它们的轨道周期。

他们发现第一个物体很可能是一颗白矮星,大小只有太阳的 1/100,质量约为太阳的一半。 第二个物体是一颗接近生命尽头的类太阳恒星,大小和质量只有太阳的十分之一(大约木星的大小)。 恒星也似乎每 51 分钟围绕彼此运行一次。

然而,事情并没有完全加起来。

“这颗恒星看起来像太阳,但太阳无法进入短于八小时的轨道——这上面是什么?” 伯奇说。

他很快想到了一个解释:近 30 年前,包括麻省理工学院名誉教授索尔·拉帕波特在内的研究人员曾预测,超短轨道系统应该作为灾难性变量存在。 当白矮星围绕着类太阳恒星运行并吞噬掉它的轻氢时,类太阳恒星应该会燃烧殆尽,留下一个氦核心——一种比氢密度更大的元素,重量足以让死星保持在一个紧凑的超短轨道上。

Burdge 意识到 ZTF J1813+4251 可能是一个灾难性变量,它正在从富含氢的天体转变为富含氦的天体。 这一发现既证实了拉帕波特等人的预测,又是迄今为止探测到的最短轨道灾难变量。

“这是一个特殊的系统,”伯奇说。 “我们非常幸运地找到了一个能够回答一个悬而未决的大问题的系统,并且是已知的表现最优美的灾难性变量之一。”