Förmörkande binära stjärnsystem är relativt vanliga i vårt universum. För den tillfälliga observatören ser dessa system ut som en enda stjärna, men består faktiskt av två stjärnor som kretsar nära varandra. Studien av dessa system erbjuder astronomer en möjlighet att direkt mäta de grundläggande egenskaperna (dvs massorna och radierna) för dessa system respektive stjärnkomponenter.
Nyligen observerade ett team av brasilianska astronomer en sällsynt syn i Vintergatan - en förmörkande binär som består av en vit dvärg och en lågmassad dvärg. Ännu mer ovanligt var det faktum att den vita dvärgens livscykel tycktes ha varit för tidigt avbruten av sin bruna dvärgkamrat, vilket orsakade sin tidiga död genom att sakta sippa bort material och "svälta" det till döds.
Studien som detaljerade sina resultat, med titeln "HS 2231 + 2441: ett HW Vir-system sammansatt av en lågmassad dvärg och en brun dvärg", publicerades nyligen Månadsmeddelanden från Royal Astronomical Society. Teamet leddes av Leonardo Andrade de Almeida, en postdoktor från University of São Paolo Institute of Astronomy, Geophysics and Atmospheric Sciences (IAG-USP), tillsammans med medlemmar från National Institute for Space Research (MCTIC) och State University of Feira de Santana.
För deras studie gjorde teamet observationer av ett binärstjärnsystem mellan 2005 och 2013 med Pico dos Dias observatorium i Brasilien. Dessa data kombinerades sedan med information från William Herschel-teleskopet, som ligger i Observatorio del Roque de los Muchachos på ön La Palma. Detta system, känt som HS 2231 + 2441, består av en vit dvärgstjärna och en brun dvärgkompis.
Vita dvärgar, som är det sista stadiet av mellanstora eller lågmassiga stjärnor, är i huvudsak vad som finns kvar efter att en stjärna har uttömt sitt väte och heliumbränsle och blåst av dess yttre lager. En brun dvärg är å andra sidan ett substellärt objekt som har en massa som placerar den mellan en stjärna och en planet. Att hitta ett binärt system som består av båda föremål tillsammans i samma system är något astronomer inte ser varje dag.
Som Leonardo Andrade de Almeida förklarade i ett FAPESP-pressmeddelande, ”Denna typ av binär lågmassa är relativt sällsynt. Endast några få dussin har observerats hittills. ”
Detta specifika binära par består av en vit dvärg som är mellan tjugo och trettio procent av solens massa - 28 500 K (28 227 ° C; 50 840 ° F) - medan den bruna dvärgen är ungefär 34-36 gånger Jupiter. Detta gör HS 2231 + 2441 till det minst massiva binärsystemet som har hittills studerats.
Tidigare var den primära (den vita dvärgen) en normal stjärna som utvecklades snabbare än sin följeslagare eftersom den var mer massiv. När den hade uttömt sitt vätebränsle bildade det en heliumförbränningskärna. Vid denna tidpunkt var stjärnan på väg att bli en röd jätte, vilket är vad som händer när solliknande stjärnor lämnar sin huvudsekvensfas. Detta skulle ha präglats av en massiv expansion, med dess diameter överstigande 150 miljoner km (93,2 miljoner mi).
Vid denna tidpunkt drog Almeida och hans kollegor slutsatsen att det började interagera gravitationellt med dess sekundära (den bruna dvärgen). Under tiden började den bruna dvärgen lockas och bli uppslukad av primärens atmosfär (dvs dess hölje), vilket fick den att förlora vinkelriktningen i kretsloppet. Så småningom överskred den kraftfulla attraktionskraften gravitationskraften som håller kuvertet förankrat till sin stjärna.
När detta hände började primärstjärnans yttre lager att avlägsnas, avslöja dess heliumkärna och skicka enorma mängder materia till den bruna dvärgen. På grund av denna massförlust dog resten kvar och blev en vit dvärg. Den bruna dvärgen började sedan kretsa runt sin vita dvärg primär med en kort omloppsperiod på bara tre timmar. Som Almeida förklarade:
”Denna överföring av massa från den mer massiva stjärnan, det primära objektet, till dess följeslagare, som är det sekundära objektet, var extremt våldsamt och instabilt, och det varade en kort tid ... Det sekundära objektet, som nu är en brun dvärg, måste har också skaffat sig något när det delade sitt kuvert med det primära objektet, men inte tillräckligt för att bli en ny stjärna. ”
Denna situation liknar vad astronomer märkte den senaste sommaren när de studerade det binära stjärnsystemet känt som WD 1202-024. Även här upptäcktes en brun dvärgkamrat som kretsade runt en primär vit dvärg. Dessutom indikerade det team som ansvarade för upptäckten att den bruna dvärgen troligen drogs närmare den vita dvärgen när den gick in i RGB-fasen.
Vid denna tidpunkt, strippade den bruna dvärgen det primära i sin atmosfär och avslöjade den vita dvärgrestkärnan. På liknande sätt orsakade interaktionen av primären med en brun dvärgkamrat för tidig stjärndöd. Att två sådana upptäckter har hänt inom en kort tidsperiod är ganska lyckosamt. Med tanke på universumets ålder (som är ungefär 13,8 miljarder år gammal) kan döda föremål endast bildas i binära system.
Enbart i Vintergatan finns cirka 50% av stjärnor med låg massa som en del av ett binärt system medan stjärnor med hög massa existerar nästan uteslutande i binära par. I dessa fall kommer ungefär tre fjärdedelar att interagera på något sätt med en följeslagare - utbyta massa, påskynda deras rotationer och så småningom slå sig samman.
Som Almeida antydde kunde studien av detta binära system och de som det allvarligt hjälpa astronomer att förstå hur heta, kompakta föremål som vita dvärgar bildas. "Binära system erbjuder ett direkt sätt att mäta huvudparametern för en stjärna, som är dess massa," sade han. "Det är därför binära system är avgörande för vår förståelse av livscykeln för stjärnor."
Det har bara varit under de senaste åren som lågmassa vita dvärgstjärnor upptäcktes. Att hitta binära system där de samexisterar med bruna dvärgar - i huvudsak misslyckade stjärnor - är en annan sällsynthet. Men med varje ny upptäckt ökar möjligheterna att studera utbudet av möjligheter i vårt universum.
