Χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο SOAR 4,1 μέτρων στη Χιλή, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν το πρώτο παράδειγμα δυαδικού συστήματος όπου ένα αστέρι στη διαδικασία να γίνει λευκός νάνος περιφέρεται γύρω από ένα αστέρι νετρονίων που μόλις τελείωσε να μετατραπεί σε ένα ταχέως περιστρεφόμενο πάλσαρ. Το ζεύγος, που αρχικά ανιχνεύθηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi, είναι ένας «κρίκος που λείπει» στην εξέλιξη τέτοιων δυαδικών συστημάτων.

Μια φωτεινή, μυστηριώδης πηγή ακτίνων γάμμα έχει βρεθεί ότι είναι ένα ταχέως περιστρεφόμενο αστέρι νετρονίων – που ονομάζεται πάλσαρ χιλιοστού του δευτερολέπτου – που περιστρέφεται γύρω από ένα αστέρι στη διαδικασία της εξέλιξης σε έναν εξαιρετικά χαμηλής μάζας λευκό νάνο. Αυτοί οι τύποι δυαδικών συστημάτων αναφέρονται από τους αστρονόμους ως «αράχνες» επειδή το πάλσαρ τείνει να «τρώει» τα εξωτερικά μέρη του συντροφικού αστέρα καθώς μετατρέπεται σε λευκό νάνο.

Το δίδυμο εντοπίστηκε από αστρονόμους χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο SOAR 4,1 μέτρων στο Cerro Pachón στη Χιλή, μέρος του Διαμερικανικού Παρατηρητηρίου Cerro Tololo (CTIO), ενός προγράμματος του NOIRLab της NSF.

Το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi της NASA καταλογίζει αντικείμενα στο σύμπαν που παράγουν άφθονες ακτίνες γάμμα από την εκτόξευσή του το 2008, αλλά δεν έχουν ταξινομηθεί όλες οι πηγές ακτίνων γάμμα που ανιχνεύει. Μια τέτοια πηγή, που ονομάστηκε 4FGL J1120.0-2204 από τους αστρονόμους, ήταν η δεύτερη φωτεινότερη πηγή ακτίνων γάμμα σε ολόκληρο τον ουρανό που δεν είχε εντοπιστεί μέχρι τώρα.

Αστρονόμοι από τις Ηνωμένες Πολιτείες και τον Καναδά, με επικεφαλής τον Samuel Swihart του US Naval Research Laboratory στην Ουάσιγκτον, DC, χρησιμοποίησαν το φασματογράφο Goodman στο τηλεσκόπιο SOAR για να προσδιορίσουν την πραγματική ταυτότητα του 4FGL J1120.0-2204. Η πηγή ακτίνων γάμμα, η οποία επίσης εκπέμπει ακτίνες Χ, όπως παρατηρήθηκε από τα διαστημικά τηλεσκόπια Swift της NASA και XMM-Newton της ESA, έχει αποδειχθεί ότι είναι ένα δυαδικό σύστημα που αποτελείται από ένα “πάλσαρ χιλιοστού του δευτερολέπτουπου περιστρέφεται εκατοντάδες φορές το δευτερόλεπτο και είναι ο πρόδρομος ενός λευκού νάνου εξαιρετικά χαμηλής μάζας. Το ζευγάρι βρίσκεται σε απόσταση 2600 ετών φωτός μακριά.

«Ο αφιερωμένος χρόνος του Michigan State University στο τηλεσκόπιο SOAR, η θέση του στο νότιο ημισφαίριο και η ακρίβεια και η σταθερότητα του φασματογράφου Goodman ήταν όλες σημαντικές πτυχές αυτής της ανακάλυψης», λέει ο Swihart.

“Αυτό είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα του πώς τα τηλεσκόπια μεσαίου μεγέθους γενικά, και το SOAR ειδικότερα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να βοηθήσουν στον χαρακτηρισμό ασυνήθιστων ανακαλύψεων που έγιναν με άλλες επίγειες και διαστημικές εγκαταστάσεις”, σημειώνει ο Chris Davis, Διευθυντής Προγράμματος NOIRLab στην Εθνική Επιστήμη των ΗΠΑ. Θεμέλιο. «Προβλέπουμε ότι το SOAR θα διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο στην παρακολούθηση πολλών άλλων πηγών χρονικής μεταβλητής και πολλαπλών μηνυμάτων κατά την επόμενη δεκαετία».

Το οπτικό φάσμα του δυαδικού συστήματος που μετρήθηκε από το φασματογράφο Goodman έδειξε ότι το φως από τον σύντροφο του πρωτολευκού νάνου μετατοπίζεται με Doppler – εναλλάξ μετατοπίζεται στο κόκκινο και το μπλε – υποδεικνύοντας ότι περιφέρεται γύρω από ένα συμπαγές, τεράστιο αστέρι νετρονίων κάθε 15 ώρες.

«Τα φάσματα μας επέτρεψαν επίσης να περιορίσουμε την κατά προσέγγιση θερμοκρασία και την επιφανειακή βαρύτητα του συνοδού αστεριού», λέει ο Swihart, η ομάδα του οποίου μπόρεσε να λάβει αυτές τις ιδιότητες και να τις εφαρμόσει σε μοντέλα που περιγράφουν πώς εξελίσσονται τα δυαδικά συστήματα αστεριών. Αυτό τους επέτρεψε να προσδιορίσουν ότι ο σύντροφος είναι ο πρόδρομος ενός λευκού νάνου εξαιρετικά χαμηλής μάζας, με θερμοκρασία επιφάνειας 8200 °C (15.000 °F) και μάζα μόλις 17% εκείνης του ήλιου.

Όταν ένα αστέρι με μάζα παρόμοια με αυτή του ήλιου ή μικρότερη φτάσει στο τέλος της ζωής του, θα εξαντληθεί το υδρογόνο που χρησιμοποιείται για να τροφοδοτήσει τις διαδικασίες πυρηνικής σύντηξης στον πυρήνα του. Για ένα διάστημα, το ήλιο αναλαμβάνει και εξουσιοδοτεί το αστέρι, προκαλώντας το να συστέλλεται και να θερμαίνεται και να προκαλεί την επέκταση και την εξέλιξή του σε έναν κόκκινο γίγαντα που έχει μέγεθος εκατοντάδων εκατομμυρίων χιλιομέτρων. Τελικά, τα εξωτερικά στρώματα αυτού του διογκωμένου άστρου μπορούν να συσσωρευτούν σε ένα δυαδικό σύντροφο και η πυρηνική σύντηξη σταματά, αφήνοντας πίσω του έναν λευκό νάνο περίπου στο μέγεθος της Γης και να τσιρίζει σε θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τους 100.000 °C (180.000 °F).

Ο πρωτολευκός νάνος στο σύστημα 4FGL J1120.0-2204 δεν έχει τελειώσει ακόμη να εξελίσσεται. «Προς το παρόν είναι φουσκωμένο και είναι περίπου πέντε φορές μεγαλύτερο σε ακτίνα από τους κανονικούς λευκούς νάνους με παρόμοιες μάζες», λέει ο Swihart. «Θα συνεχίσει να ψύχεται και να συστέλλεται και σε περίπου δύο δισεκατομμύρια χρόνια θα μοιάζει πανομοιότυπο με πολλούς από τους εξαιρετικά χαμηλής μάζας λευκούς νάνους που ήδη γνωρίζουμε».

Τα πάλσαρ χιλιοστού του δευτερολέπτου στροβιλίζονται εκατοντάδες φορές κάθε δευτερόλεπτο. Περιστρέφονται με συσσώρευση ύλης από έναν σύντροφο, στην προκειμένη περίπτωση από το αστέρι που έγινε ο λευκός νάνος. Τα περισσότερα πάλσαρ του χιλιοστού του δευτερολέπτου εκπέμπουν ακτίνες γάμμα και ακτίνες Χ, συχνά όταν ο άνεμος πάλσαρ, που είναι ένα ρεύμα φορτισμένων σωματιδίων που προέρχονται από το περιστρεφόμενο αστέρι νετρονίων, συγκρούεται με υλικό που εκπέμπεται από ένα συνοδό αστέρι.

Περίπου 80 εξαιρετικά χαμηλής μάζας λευκοί νάνοι είναι γνωστά, αλλά “αυτός είναι ο πρώτος πρόδρομος ενός εξαιρετικά χαμηλής μάζας λευκού νάνου που βρέθηκε και πιθανότατα να περιφέρεται γύρω από ένα αστέρι νετρονίων”, λέει ο Swihart. Κατά συνέπεια, το 4FGL J1120.0-2204 είναι μια μοναδική ματιά στο τέλος αυτής της διαδικασίας spin-up. Όλα τα άλλα δυαδικά αρχεία λευκού νάνου-πάλσαρ που έχουν ανακαλυφθεί έχουν περάσει αρκετά από το στάδιο της περιστροφής.

«Η φασματοσκοπία παρακολούθησης με το τηλεσκόπιο SOAR, που στοχεύει μη συσχετισμένες πηγές ακτίνων γάμμα Fermi, μας επέτρεψε να δούμε ότι ο σύντροφος περιφερόταν γύρω από κάτι», λέει ο Swihart. «Χωρίς αυτές τις παρατηρήσεις, δεν θα μπορούσαμε να βρούμε αυτό το συναρπαστικό σύστημα».

Αυτή η έρευνα παρουσιάστηκε σε μια εργασία “4FGL J1120.0–2204: Ένα Μοναδικό Δυαδικό Δυαδικό Φωτεινό Άστρο Νετρονίων με ακτίνες γάμμα με έναν εξαιρετικά χαμηλής μάζας πρωτολευκό νάνο”, για να εμφανιστεί στο The Astrophysical Journal.

Παρέχεται από την Ένωση Πανεπιστημίων για Έρευνα στην Αστρονομία (AURA)