Astronomer har hittat en vit dvärg som en gång var två vita dvärgar. Stjärnparet slogs samman till ett för cirka 1,3 miljarder år sedan. Den resulterande stjärnan, med namnet WDJ0551 + 4135, är cirka 150 ljusår bort.
En vit dvärg är sluttillståndet för stjärnor som vår sol. När de har konsumerat sitt kärnbränsle förvisar de sitt yttre material. Det som finns kvar är en obeskrivligt tät samling av materia, utan fusion som äger rum. Det är ljusstyrkan från den lagrade termiska energin.
"Denna stjärna stod ut som något vi aldrig sett förut."
Huvudförfattare Mark Hollands, University of Warwick.
Denna vita dvärg är annorlunda än andra. Normalt innehåller en vit dvärgs atmosfär inte mycket kol. Men WDJ0551 + 4135 har en atmosfär med förhöjda kolnivåer. Det är också mycket mer massivt än en typisk vit dvärg.
Båda dessa kännetecken stod ut för astronomerna bakom en ny studie som meddelade upptäckten. Studiens ledande forskare är Dr. Mark Hollands, från institutionen för fysik vid University of Warwick. Studien har titeln "En ultramassiv vit dvärg med en blandad väte-kolatmosfär som en trolig sammanslagningsrester." Det publiceras i den 2 mars utgåvan av Nature Astronomy.
Innan en stjärna blir en vit dvärg, går den igenom en röd jättefas. Om den röda jätten inte har tillräckligt med massa för att smälta kol, samlas kol och syre i en massa i stjärnans centrum. När stjärnan skjuter ut de yttre lagren, lämnar den så småningom bara en rest kvar, den vita dvärgen. De flesta dvärgar består huvudsakligen av kol och syre, även om det finns andra typer.
Men normalt är det kolet inte synligt. Ett tjockt heliumskikt blockerar vanligtvis det. I sin studie använde teamet William Herschel-teleskopet för att undersöka den vita dvärgen spektroskopiskt. Det visade att atmosfären hade ett ovanligt högt kolinnehåll, något som inte borde vara möjligt.
”Denna stjärna stod ut som något vi aldrig sett förut. Du kan förvänta dig att se ett yttre lager av väte, ibland blandat med helium, eller bara en blandning av helium och kol, "säger huvudförfattaren Hollands i ett pressmeddelande. "Du förväntar dig inte att se den här kombinationen av väte och kol samtidigt som det borde finnas ett tjockt lager helium där som förbjuder det. När vi tittade på det gav det ingen mening. "
I stellar termer är de flesta vita dvärgar inte så massiva. De är vanligtvis ungefär 0,6 gånger så massiva som vår sol. Men WDJ0551 + 4135 är annorlunda. Dess massa är nästan dubbelt så stor som en typisk vit dvärg vid 1,14 solmassor. Det är fortfarande extremt kompakt för ett föremål med så mycket massa, precis som andra vita dvärgar. Det är bara cirka två tredjedelar av jordens diameter.
Det är hastigheten genom rymden som inte matchar med andra vita dvärgar. Astronomer använder termen "lokal standard för vila" för att beskriva den genomsnittliga rörelsen av materia i Vintergatan. Det är mellan 202–241 km / s. Men WDJ0551 + 4135 reser vid 129? ±? 5? Km? S?1 i förhållande till den lokala vilopraden, mycket snabbare än annat.
Eftersom äldre stjärnor reser snabbare än unga eftersom de båda går i Vintergatan måste denna vita dvärg äldre. Faktum är att dess höga hastighet är snabbare än 99% av andra vita dvärgar i galaxen. I deras studie säger författarna ”Vi fann att denna hastighet var vid 99: e percentilen i den tredimensionella (3D) hastighetsfördelningen av närliggande vita dvärgar med liknande absoluta magneter. Eftersom stjärnhastighetsdispersionen ökar med systemåldern, kan den snabba kinematiken i WD J0551 + 4135 betyda en systemålder som är mycket äldre än antydas helt enkelt från den vita dvärgkylningen. "
Alla tre egenskaper skiljer den från andra vita dvärgar: dess hastighet / ålder, dess massa och synliga kol.
"Det enda sättet du kan förklara är att det bildades genom en sammanslagning av två vita dvärgar."
LEDA AUTOUR MARK HOLLANDS, UNIVERSITY OF WARWICK.
"Vi har en komposition som vi inte kan förklara genom normal stellarutveckling, en massa som är dubbelt så hög som genomsnittet för en vit dvärg och en kinematisk ålder äldre än den härledde från kylning," sade Hollands. ”Vi är ganska säkra på hur en stjärna bildar en vit dvärg och den borde inte göra det. Det enda sättet du kan förklara är om det bildades genom en sammanslagning av två vita dvärgar. ”
Den sammanslagna dvärgen är troligtvis resultatet av miljarder år av stellarutveckling i ett binärstjärnsystem. En av stjärna når sin röda jättefas före sin partner och expanderar och omsluter partneren. När den första stjärnan sedan krymper, närmar sig banan mellan de två. Sedan går den andra stjärnan igenom sin röda jättefas och expanderar och omsluter den andra.
Det tar miljarder år, men så småningom får gravitationsvågets utsläpp att banan krymper ännu mer. Slutet är i sikte, eller kanske äktenskapet, och när banan krymper tillräckligt, slogs stjärnorna samman till en.
"Det finns inte så många vita dvärgar så massiva, även om det finns fler än du kan förvänta dig att se vilket innebär att vissa av dem antagligen bildades av sammanslagningar."
LEDA AUTOUR MARK HOLLANDS, UNIVERSITY OF WARWICK.
Astronomer har förutspådt förekomsten av sammanslagna vita dvärgar, men den här bryter fortfarande förväntningarna. De förutspår att sammanslagningar bör vara mellan två olika vita dvärgar. Men WDJ0551 + 4135 verkar vara en sammanslagning av dvärgar av liknande storlek.
Det finns en övre massgräns för vita dvärgar, även för ett par som har gått samman. Om det resulterande stjärnobjektet är tillräckligt massivt kommer det att explodera som en termisk runnaway supernova. Astrofysiker tror att gränsen handlar om 1,4 solmassor, men de är inte säkra. Det är möjligt att objekt kan explodera som supernovaer vid mindre än 1,4 solmassor. Vid 1,14 solmassor hjälper den här vita dvärgen astrofysiker att förstå den övre massgränsen.
Forskare kan förstå en vit dvärgs ålder genom att titta på dess temperatur. Vita dvärgar genererar inte värme eftersom det inte finns någon fusion längre. De är mer som glödar än stjärnor, och genom att övervaka stjärnans kylning kan de bestämma dess ålder. Men när två vita dvärgar slås samman börjar kylprocessen igen.
Det finns inget exakt sätt att bestämma denna ålder, och de två vita dvärgarna kan ha varit vita dvärgar i miljarder år innan de slogs samman. Fortfarande tror forskarna att fusionen i sig ägde rum för cirka 1,3 miljarder år sedan.
Forskare har bara någonsin hittat några sammanslagna vita dvärgar förut. Men det är första gången man identifieras genom sin sammansättning.
"Det finns inte så många vita dvärgar så massiva, även om det finns fler än du kan förvänta dig att se vilket innebär att vissa av dem antagligen bildades av sammanslagningar," sade Hollands.
"I framtiden kan vi kanske använda en teknik som kallas asteroseismologi för att lära oss om den vita dvärgens kärnkomposition från dess stjärnpulsationer, vilket skulle vara en oberoende metod som bekräftar denna stjärna som bildas genom en sammanslagning."
"Kanske den mest spännande aspekten av denna stjärna är att den måste ha nästan misslyckats med att explodera som en supernova - dessa gigantiska explosioner är verkligen viktiga för att kartlägga universums struktur, eftersom de kan upptäckas till mycket stora avstånd," sade Hollands. ”Det finns dock mycket osäkerhet om vilken typ av stjärnsystem som kommer till supernovasteget. Konstigt som det kanske låter, mäter egenskaperna för denna "misslyckade" supernova och framtida look-alikes, berättar vi mycket om vägarna till termonukleär självförintelse. "
Mer:
- Pressmeddelande: Två stjärnor sammanfogades för att bilda en massiv vit dvärg
- Studie: En ultramassiv vit dvärg med en blandad vätgas-kolatmosfär som en trolig sammanslagningsrester
- Space Magazine: Bizarre Star kan vara resultatet av två vita dvärgar som slås samman
