Как се формира двоичната система Star? Астрономите най-накрая решават мистерията

Една грандиозна експлозия на свръхнова, повече от един милиард пъти по-ярка от нашето слънце, бележи раждането на неутронна звезда, която обикаля около неговия горещ и плътен спътник. Сега тези два плътни остатъка са предназначени да се въртят един в друг за около един милиард години, евентуално да се сливат и дават някои от най-тежките познати елементи във Вселената.

Експлозията се е случила в галактика, подобна на нашия Млечен път, отдалечен на около 920 милиона светлинни години. Малък телескоп в обсерваторията Паломар в Калифорния откри първите фотони от свръхновата - наречена „iPTF 14gqr“ - само няколко часа след експлозията, когато тя беше повече от 10 пъти по-гореща от повърхността на нашето слънце. С развитието на яркостта на свръхновата през следващите две седмици, международен екип от астрономи използва данните, за да проследи произхода на експлозията до масивна звезда с радиус 500 пъти по-голяма от тази на Слънцето.

Но не само огромният размер на звездата направи това откритие особено забележително. Необичайното беше, че звездата също изглеждаше най-леката от всички известни експлодиращи гигантски звезди. Тази масивна звезда е била ограбена от почти цялата си маса, може би от плътен орбитален партньор. Когато избухна, остави след себе си новородена неутронна звезда, която продължи да обикаля около спътника му.

Разбирането за формирането на двоични звезди, в които две супер плътни звезди обикалят един друг, винаги е било пъзел. Тези мимолетни свръхнови, които произвеждат тези плътни двойни звездни системи, са редки и трудни за намиране, защото бързо се появяват и изчезват в небето - около пет пъти по-бързо от типичната свръхнова.

Това първо наблюдение на „свръх-счупената“ свръхнова, което моите колеги и аз разкриваме в едно ново проучване, не само дава представа за формирането на тези системи, но и разкрива крайните етапи в живота на тези уникални масивни звезди, които са били ограбени от цялата им маса преди да умрат.

Решаване на дългогодишна мистерия

Звезди, родени с повече от осем пъти по-голяма от масата на слънцето, бързо изчерпват горивото и се поддават на гравитацията в края на живота си - срутвайки се върху себе си и експлодирайки в свръхнова. Когато това се случи, всички външни слоеве на звездата - няколко пъти по-големи от слънцето - са разпръснати.

Когато започнах да работя с моя съветник, Манси Касливал, като нов възпитаник, реших да изучавам свръхнови, които бързо избледняват. Разчитайки базата данни от събития, открити от iPTF, аз се натъкнах на iPTF 14gqr, бързо избледняваща свръхнова, открита преди повече от година, но чиято истинска физическа природа остана загадъчна.

Данните бяха озадачаващи, защото нашите предварителни модели предполагаха, че тази свръхнова е причинена от смъртта на гигантска масивна звезда, но въпреки това експлозията сама по себе си беше доста слаба. Изхвърляше само една пета от масата на слънцето, докато енергията й беше само една десета от типичната свръхнова. Къде беше цялата липсваща материя и енергия?

Указанията показват, че експлодиращата звезда трябва да е била лишена от почти цялата си първоначална маса преди експлозията. Но какво може да е откраднало толкова много неща от тази велика звезда? Може би един невиждан двоичен спътник?

Започнах да чета за редки двоични звезди сценарии, когато за първи път се натъкнах на идеята за "свръх-счупени свръхнови".

Свръхстранични супернови

Когато масивна звезда има плътна и близка двоична спътникова звезда, интензивната гравитационна сила на спътника може да ограби неговия нищо неподозиращ съсед на почти цялата му маса, преди да избухне - оттук и терминът "ултра-оголен".

Свръхвисоката свръхнова оставя след себе си неутронна звезда, бързо въртящ се плътен звезден труп, съдържащ малко повече от масата на слънцето, натъпкана в район с големината на центъра на Лос Анджелис. Тази неутронна звезда е в капан в тясна орбита около своя спътник. Спътникът вероятно е друга неутронна звезда или дори бяло джудже или черна дупка, образувана от масивна звезда, починала няколко милиона години преди своя спътник.

Такива двоични системи са важна област на астрофизичното изследване от няколко десетилетия. Ние директно наблюдавахме много такива системи в нашата собствена галактика с оптични и радиотелескопи. Първото индиректно откриване на гравитационните вълни идва от наблюденията на двойна неутронна звезда. Съвсем наскоро първото сливане на двойна неутронна звездна система беше открито както от усъвършенстваната LIGO, така и от електромагнитните вълни през 2017 г., давайки на астрономите уникална представа за действието на гравитацията и произхода на тежките елементи във Вселената.

И все пак отдавна остава загадката как се образуват двоичните звезди. Знаем, че неутронните звезди се образуват при експлозии на свръхнови. Но за да получиш двоични неутронни звезди, трябва да започнеш двоичен от две масивни звезди. Въпреки това, той изисква точен баланс на силите, за да е сигурно, че двоичните неутронни звезди остават достатъчно стабилни, за да оцелеят двете бурни експлозии, които създават системата.

Няколко от индиректните доказателства предполагат, че те се образуват в един много рядък клас от слаби ултрависоки свръхнови експлозии. Но тези слаби експлозии досега избягваха пряко откриване. Първите данни от наблюдения за свръхновата свръхнова отваря възможност за разбиране на образуването на плътни двоични системи с неутронна звезда.

Сканиране на небето за избухвания на бебета

Нашата супернова беше забелязана по време на междинното проучване за преходни фабрики на Palomar (iPTF). Автоматизираното изследване на iPTF използваше голяма камера, монтирана на 1-метров телескоп, за да прави снимки на небето всяка нощ и да сканира за „нови звезди“. Приоритет в търсенето е търсенето на детски свръхнови и определяне на произхода.

Всеки път, когато се открие нова звезда, роботът-изследовател незабавно предупреждава астрономите, които се намират на работа, намиращи се в напълно различна часова зона, за да ги проследят. Тази стратегия, заедно с глобална мрежа от телескопи, ни позволи да уловим няколко експлодиращи звезди в действие и да разберем как изглеждат точно преди да избухнат. Всъщност намирането на редки свръхнови свръхновения след експлозията беше щастливо съвпадение!

Това единствено събитие ни даде първата представа за масата и енергията, отделяни при такива експлозии, жизнения цикъл на масивните звезди и образуването на двоични звезди. И все пак, има още много какво да се научи от по-голяма извадка от тези събития.

С Zwicky Transient Facilty - наследникът на iPTF, който може да сканира небето 10 пъти по-бързо - и глобална мрежа от телескопи, наречена GROWTH, ние се надяваме да станем свидетели на повече ултра-изтрити експлозии, като започнем нов епизод в нашето разбиране за тези уникални звездни системи.,

Тази статия първоначално е публикувана на The Conversation by Kishalay De. Прочетете оригиналната статия тук.