Astronomowie korzystający z 1,5-metrowego teleskopu SMARTS w Cerro Tololo Inter-American Observatory w Chile, będącego programem NSF NOIRLab, odkryli pierwszy przykład fenomenalnie rzadkiego typu podwójnego układu gwiazd, który ma wszystkie odpowiednie warunki, aby ostatecznie wywołać kilonova — ultrapotężna, wytwarzająca złoto eksplozja stworzona przez zderzenie gwiazd neutronowych. Taki układ jest tak znikomo rzadki, że uważa się, że w całej Galaktyce Drogi Mlecznej istnieje tylko około 10 takich układów. Odkrycia zostały opublikowane dzisiaj w czasopiśmie Nature.
Ten niezwykły układ, znany jako CPD-29 2176, znajduje się około 11 400 lat świetlnych od Ziemi. Po raz pierwszy został zidentyfikowany przez Obserwatorium Neila Gehrelsa Swifta należącego do NASA. Późniejsze obserwacje za pomocą 1,5-metrowego Teleskopu SMARTS pozwoliły astronomom wydedukować charakterystykę orbity i typy gwiazd tworzących ten układ — gwiazdę neutronową utworzoną przez supernową z ultra-paskami i blisko orbitującą masywną gwiazdę, która jest w trakcie stawania się sama ultra-rozebrana supernowa.
Ultra-odarta supernowa to koniec życia eksplozji masywnej gwiazdy, której duża część zewnętrznej atmosfery została odarta przez gwiazdę towarzyszącą. Tej klasie supernowych brakuje siły wybuchowej tradycyjnej supernowej, która w przeciwnym razie „wyrzuciłaby” pobliskiego towarzysza z układu.
„Obecna gwiazda neutronowa musiałaby się uformować bez wyrzucania swojego towarzysza z układu. Supernowa z ultra-paskami jest najlepszym wyjaśnieniem, dlaczego te gwiazdy towarzyszące znajdują się na tak ciasnej orbicie” – powiedział Noel D. Richardson z Embry-Riddle Aeronautical University i główny autor artykułu. „Aby pewnego dnia stworzyć kilonową, druga gwiazda również musiałaby eksplodować jako ultranowa supernowa, aby dwie gwiazdy neutronowe mogły ostatecznie zderzyć się i połączyć”.
Oprócz odkrycia niewiarygodnie rzadkiej kosmicznej osobliwości, odkrycie i zbadanie układów progenitorowych kilonowych, takich jak ten, może pomóc astronomom rozwikłać tajemnicę powstawania kilonowych, rzucając światło na pochodzenie najcięższych pierwiastków we Wszechświecie.
„Przez dłuższy czas astronomowie spekulowali na temat dokładnych warunków, które mogą ostatecznie doprowadzić do powstania kilonowej” – powiedział astronom z NOIRLab i współautor André-Nicolas Chené. „Te nowe wyniki pokazują, że przynajmniej w niektórych przypadkach dwie rodzeństwo gwiazd neutronowych może się połączyć, gdy jedna z nich powstała bez klasycznej eksplozji supernowej”.
Produkcja tak niezwykłego systemu to jednak długi i mało prawdopodobny proces. „Wiemy, że Droga Mleczna zawiera co najmniej 100 miliardów gwiazd i prawdopodobnie setki miliardów więcej. Ten niezwykły układ podwójny to w zasadzie jeden na dziesięć miliardów” – powiedział Chené. „Przed naszymi badaniami szacowaliśmy, że w galaktyce spiralnej takiej jak Droga Mleczna powinien istnieć tylko jeden lub dwa takie systemy”.
Chociaż ten system ma wszystko, czego potrzeba, aby ostatecznie uformować kilonową, zbadanie tego zdarzenia będzie zależało od przyszłych astronomów. Minie co najmniej milion lat, zanim masywna gwiazda zakończy swoje życie jako tytaniczna eksplozja supernowej i pozostawi po sobie drugą gwiazdę neutronową. Ta nowa gwiezdna pozostałość i istniejąca wcześniej gwiazda neutronowa będą musiały stopniowo zbliżać się do siebie w kosmicznym balecie, powoli tracąc swoją energię orbitalną w postaci promieniowania grawitacyjnego.
Kiedy ostatecznie się połączą, wynikająca z tego eksplozja kilonowej wytworzy znacznie potężniejsze fale grawitacyjne i pozostawi po sobie dużą ilość ciężkich pierwiastków, w tym srebra i złota.
„Ten system pokazuje, że niektóre gwiazdy neutronowe powstają tylko przy niewielkim wybuchu supernowej” – podsumował Richardson. „Kiedy zrozumiemy rosnącą populację układów takich jak CPD-29 2176, uzyskamy wgląd w to, jak spokojne mogą być śmierci niektórych gwiazd i czy te gwiazdy mogą umrzeć bez tradycyjnych supernowych”.