Jak se tvoří binární hvězdné systémy? Astronomové Nakonec vyřešili tajemství

Velkolepá exploze supernovy, více než miliarda krát jasnější než naše slunce, znamenala zrod neutronové hvězdy obíhající kolem jejího horkého a hustého společníka. Nyní jsou tyto dvě husté zbytky předurčeny ke spirále do jedné miliardy let, nakonec se spojují a přinášejí některé z nejtěžších známých prvků ve vesmíru.

K výbuchu došlo v galaxii podobné naší vlastní Mléčné dráze vzdálené téměř 920 milionů světelných let. Malý dalekohled na observatoři Palomar v Kalifornii zjistil první fotony ze supernovy - pojmenované „iPTF 14gqr“ - jen několik hodin po výbuchu, kdy bylo více než desetkrát teplejší než povrch našeho slunce. Jak se během příštích dvou týdnů vyvíjel jas supernovy, mezinárodní tým astronomů použil tato data ke zjištění původu výbuchu na masivní hvězdu s poloměrem 500 krát vyšším než slunce.

Nebylo to však jen obrovská velikost hvězdy, která učinila tento objev zvláště pozoruhodným. Bylo neobvyklé, že se hvězda jevila jako nejlehčí ze všech známých obřích hvězd. Tato mohutná hvězda byla okradena o téměř veškerou hmotu, snad hustým oběžným partnerem. Když explodovala, zanechala za sebou novorozenou neutronovou hvězdu, která i nadále obíhala kolem svého společníka.

Pochopení vzniku binárních hvězdných systémů, ve kterých se obě superhusté hvězdy vzájemně obíhají, bylo vždy puzzle. Tyto prchavé supernovy, které přinášejí tyto husté binární hvězdné systémy, jsou vzácné a obtížně dostupné, protože se rychle objevují a mizí na obloze - asi pětkrát rychleji než typická supernova.

Toto první pozorování supernovy „ultravysoké“, kterou moji kolegové a já podrobně rozebíráme v nové studii, poskytuje nejen nahlédnutí do tvorby těchto systémů, ale také odhaluje poslední fáze života těchto jedinečných masivních hvězd, které byly Drancovali veškerou svou hmotu, než zemřou.

Řešení dlouhodobé záhady

Hvězdy narozené s více než osminásobným množstvím slunce rychle vyčerpají palivo a podlehnou gravitaci na konci svého života - zhroutí se na sebe a vybuchnou v supernově. Když se to stane, jsou všechny vnější vrstvy hvězdy - několikrát větší než slunce - rozptýleny.

Když jsem začal pracovat s mým poradcem, Mansi Kasliwal, jako nový postgraduální student, rozhodl jsem se studovat supernovy, které rychle vyblednou. Při hledání databáze událostí objevených iPTF jsem narazil na iPTF 14gqr, rychle vybledlou supernovu, která byla objevena před více než rokem, ale její pravá fyzická povaha zůstala tajemná.

Data byla záhadná, protože naše předběžné modely naznačovaly, že tato supernova je způsobena smrtí obří masivní hvězdy, ale exploze sama o sobě byla poměrně chabá. Vyhodila jen pětinu hmotnosti slunce, zatímco jeho energie byla pouze desetina typické supernovy. Kde byla ta chybějící hmota a energie?

Ty ukazovaly, že explodující hvězda musí být před výbuchem zbavena téměř veškeré své původní hmoty. Co ale mohlo odcizit tolik hmoty z této obří hvězdy? Snad neviditelný binární společník?

Začal jsem číst o vzácných binárních hvězdných scénářích, když jsem poprvé narazil na myšlenku „ultrakopených supernov“.

Ultra-odizolované supernovy

Když masivní hvězda má hustou a blízkou binární společnou hvězdu, intenzivní gravitační síla společníka může okrádat svého nic netušícího souseda téměř všech jeho hmot, než exploduje - tedy termín „ultrakopený“.

Ultrakopená supernova zanechává neutronovou hvězdu, rychle se točící hustou mrtvou mrtvou mrtvolu, která obsahuje o něco více, než je hmotnost slunce zaplněného do oblasti o velikosti centra Los Angeles. Tato neutronová hvězda je uvězněna v těsné dráze kolem svého společníka. Společník je možná další neutronová hvězda, nebo dokonce bílý trpaslík nebo černá díra, která vznikla z masivní hvězdy, která zemřela několik milionů let před svým společníkem.

Takové binární systémy jsou důležitým oborem astrofyzikálního výzkumu již několik desetiletí. Přímo jsme pozorovali mnoho takových systémů v naší vlastní galaxii pomocí optických a rádiových dalekohledů. První nepřímá detekce gravitačních vln přišla z pozorování dvojitého neutronového hvězdného systému. V poslední době byla první fúze systému dvojitých neutronových hvězd detekována jak pokročilým LIGO, tak elektromagnetickými vlnami v roce 2017, což astronomům poskytlo jedinečný pohled na fungování gravitace a původ těžkých prvků ve vesmíru.

Přesto to dlouho zůstalo tajemstvím, jak se tvoří binární hvězdy. Víme, že neutronové hvězdy vznikají při výbuchech supernovy. Aby však bylo možné získat binární neutronové hvězdy, musíte začít binární dvojici dvou hvězdných hvězd. Vyžaduje však přesnou rovnováhu sil, aby se zajistilo, že binární neutronové hvězdy zůstanou dostatečně stabilní, aby přežily dvě prudké výbuchy, které systém vytvářejí.

Několik řad nepřímých důkazů naznačuje, že jsou tvořeny ve velmi vzácné třídě slabých ultralehkých výbuchů supernov. Ale tyto slabé výbuchy dosud unikly přímé detekci. Tento první pozorovací důkaz pro ultra-stripped supernova otevírá příležitost pro pochopení tvorby těsných binárních systémů neutronových hvězd.

Skenování nebes pro výbuchy dětí

Naše supernova byla spatřena během průzkumu Palomar Transient Factory (iPTF). Automatizovaný průzkum iPTF použil velkou kameru namontovanou na dalekohledu o rozměrech 1 metr, aby každou noc pořizoval snímky oblohy a hledal „nové hvězdy“. Prioritou hledání bylo loví supernovy kojenců a určení původu.

Kdykoliv je nalezena nová hvězda, průzkumný robot okamžitě upozorní astronomy, kteří jsou v provozu, v úplně jiném časovém pásmu. Tato strategie, spolu s globální sítí teleskopů, nám umožnila chytit několik explodujících hvězd v akci a pochopit, jak vypadaly právě předtím, než explodovaly. Nalezení vzácných momentů supernovy po výbuchu bylo ve skutečnosti náhoda!

Tato jediná událost nám poskytla první pohled na hmotu a energii uvolněnou při takových explozích, životní cyklus hmotných hvězd a tvorbu binárních hvězd. Z většího vzorku těchto událostí je však ještě mnohem více.

Díky Zwicky Transient Facilty - nástupci iPTF, který dokáže skenovat nebe 10krát rychleji - a globální sítě teleskopů zvané GROWTH, doufáme, že budeme svědky dalších ultralehkých výbuchů, které začnou novou epizodu v našem chápání těchto jedinečných hvězdných systémů..

Tento článek byl původně publikován na The Conversation od Kishalay De. Přečtěte si originální článek zde.