Astronomer som använder teleskopet Gemini North och Keck II har kikat in i ett våldsamt binärstjärnsystem för att upptäcka att en av de samverkande stjärnorna har tappat så mycket massa till sin partner att den har regresserat till en konstig, inert kropp som liknar ingen känd stjärntyp.
Om den döda stjärnan inte kan upprätthålla kärnfusion i sin kärna och dömd att kretsa med sin mycket mer energiska vita dvärgpartner i miljoner år, är den döda stjärnan i huvudsak en ny, obestämd typ av stjärnobjekt.
"Liksom den klassiska linjen om den förargade partner i en romantisk relation gav den mindre givarstjärnan och gav och gav lite mer tills den inte hade något att ge," säger Steve B. Howell, en astronom med Wisconsin-Indiana-Yale -NOAO (WIYN) teleskop och National Optical Astronomy Observatory, Tucson, AZ. ”Nu har givarstjärnan nått en återvändsgränd - den är alldeles för massiv för att betraktas som en superplanet, dess sammansättning matchar inte kända bruna dvärgar, och den är alldeles för låg i massan för att vara en stjärna. Det finns ingen riktig kategori för ett objekt i en sådan limbo. "
Det binära systemet, känt som EF Eridanus (förkortat EF Eri), ligger 300 ljusår från Jorden i konstellationen Eridanus. EF Eri består av en svag vit dvärgstjärna med cirka 60 procent av solens massa och givarobjektet av okänd typ, som har en uppskattad större del av endast 1/20 av en solmassa.
Howell och Thomas E. Harrison från New Mexico State University gjorde infraröda mätningar med hög precision av binärstjärnsystemet med hjälp av de spektrografiska kapaciteterna till Near Infrared Imager (NIRI) på Gemini North-teleskopet och NIRSPEC på Keck II båda på Mauna Kea i december 2002 respektive september 2003. Stödande observationer gjordes med det 2,1-meters teleskopet vid Kitt Peak National Observatory nära Tucson i september 2002.
EF Eri är en typ av binärstjärnsystem som kallas magnetiska kataklysmiska variabler. Denna klass av system kan producera många fler av dessa "döda" föremål än vad forskare har insett, säger Harrison, medförfattare till ett papper om upptäckten som kommer att publiceras i 20 oktober-numret av Astrophysical Journal. "Dessa typer av system redovisas i allmänhet inte inom de vanliga folkräkningsuppgifterna för stjärnsystem i en typisk galax," säger Harrison. "De borde verkligen övervägas mer noggrant."
Den vita dvärgen i EF Eri är en komprimerad, utbränd rest av en solstjärna som nu har ungefär samma diameter som jorden, även om den fortfarande avger stora mängder synligt ljus. Howell och Harrison observerade EF Eri i det infraröda eftersom infrarött ljus från paret naturligtvis domineras av värme och längre våglängdsutsläpp från det sekundära objektet.
Det vetenskapliga detektivarbetet för att härleda komponenterna i detta binära system komplicerades kraftigt av cyklotronstrålningen som släpptes ut när fria elektroner spiralar ner de kraftfulla magnetfältlinjerna i den vita dvärgen. Den vita dvärgens magnetfält är cirka 14 miljoner gånger så kraftfullt som solens. Den resulterande cyklotronstrålningen avges främst i den infraröda delen av spektrumet.
”I vår första spektroskopi av EF Eri noterade vi att vissa delar av det infraröda kontinuumljuset blev ungefär 2-3 gånger ljusare under en tidsperiod och sedan försvann. Denna ljusning upprepade varje omloppsbana och måste således ha sitt ursprung i det binära, ”förklarar Howell. ”Vi trodde först att ljusstyrkan förändrades från skillnaden mellan en uppvärmd sida och en kallare sida av givarobjektet, men ytterligare observationer med Gemini och Keck pekade istället på cyklotronstrålning. Vi "ser" denna extra infraröda komponent i de faser som uppstår när strålningen strålas i vår riktning, och vi ser den inte när strålningen pekar i andra riktningar. ”
Den 81 minuters omloppsperioden för de två föremålen var troligen fyra eller fem timmar när massöverföringsprocessen började för cirka fem miljarder år sedan. Ursprungligen kan det sekundära föremålet också ha likat storleken som solen, med kanske 50-100 procent av en solmassa.
"När denna interaktiva process med massöverföring från den sekundära stjärnan till den vita dvärgen börjar, och varför den slutade, förblir båda okända för oss," säger Howell. Under denna process var upprepade utbrott och nya explosioner mycket troliga. Processens fysik fick också de två föremålen att spiral närmare varandra. Idag kretsar de två föremålen runt varandra vid ungefär samma separation som avståndet från jorden till månen. Donatorobjektet har regresserat till en kropp med en diameter som är ungefär lika med planeten Jupiter.
Howell säger den kombinerade observationsstyrkan från Gemini 8-meter- och Keck-10-meter-teleskop och deras stora primära speglar, som var väsentliga för denna forskning, säger Howell, att varken spektrala egenskaper hos givaren eller dess sammansättning matchar någon känd typ av brun dvärg eller planet.
Derek Homeier University of Georgia skapade en serie datormodeller som försöker replikera villkoren på EF Eri, men även de bästa av dessa stämmer inte perfekt.
Formen på spektra indikerar ett väldigt coolt föremål (cirka 1 700 grader Kelvin, motsvarande en sval brun dvärg), men de har inte samma detaljerade form eller nyckelfunktioner för bruna dvärgspektra. De coolaste normala stjärnorna (stjärnor med mycket låg massa av M-typ) är cirka 2500 grader K, och Jupiter är 124 grader K. De närbelägna "heta Jupiter" -exoplaneterna som upptäcks indirekt av andra astronomer med hjälp av deras gravitationseffekt på sina moderstjärnor beräknas att vara 1.000-1.600 grader K.
Det finns en liten chans att EF Eri-systemet ursprungligen kunde ha bestått av förfäderna till den nuvarande vita dvärgstjärnan och någon sorts "superplanet" som överlevde utvecklingen av den vita dvärgen för att resultera i det system som observerats nu, men detta anses osannolikt.
"Det finns cirka 15 andra kända binära system där ute som kan likna EF Eri, men inga har studerats tillräckligt för att berätta," säger Howell. "Vi arbetar med några av dem just nu och försöker förbättra våra modeller för att bättre matcha de infraröda spektra."
Medförfattare till denna artikel om EF Eri är Paula Szkody vid University of Washington i Seattle och Joni Johnson och Heather Osborne i staten New Mexico.
WIYN 3,5-meters teleskopet ligger vid Kitt Peak National Observatory, 55 mil sydväst om Tucson, AZ. Kitt Peak National Observatory är en del av National Optical Astronomy Observatory, som drivs av Association of Universities for Research in Astronomy (AURA), Inc., under ett samarbetsavtal med National Science Foundation (NSF).
De nationella forskningsorganen som bildar Gemini Observatory-partnerskapet inkluderar: US National Science Foundation (NSF), UK Particle Physics and Astronomy Research Council (PPARC), Canadian National Research Council (NRC), den chilenska Comisi? N Nionalional de Investigaci ? n Cientifica y Tecnol? gica (CONICYT), Australian Research Council (ARC), den argentinska Consejo Nacional de Investigaciones Cient? ficas y T? cnicas (CONICET) och den brasilianska Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient? fico e Tecnol? gico ( CNPq). Observatoriet förvaltas av AURA under ett samarbetsavtal med NSF.
W.M. Keck Observatory drivs av California Association for Research in Astronomy (CARA), ett vetenskapligt partnerskap mellan California Institute of Technology, University of California och National Aeronautics and Space Administration.
Ursprungskälla: Gemini News Release
