Astrofizycy z Northwestern University i University of California San Diego (UC San Diego) odkryli najciaśniejszy ultrachłodny karłowaty układ podwójny, jaki kiedykolwiek zaobserwowano.
Obie gwiazdy są tak blisko siebie, że okrążenie siebie zajmuje im mniej niż jeden ziemski dzień. Innymi słowy, „rok” każdej gwiazdy trwa zaledwie 17 godzin.
Nowo odkryty układ, nazwany LP 413-53AB, składa się z pary ultrachłodnych karłów, klasy gwiazd o bardzo małej masie, które są tak chłodne, że emitują światło głównie w podczerwieni, przez co są całkowicie niewidoczne dla ludzkiego oka . Niemniej jednak są jednym z najczęstszych typów gwiazd we wszechświecie.
Wcześniej astronomowie wykryli tylko trzy krótkookresowe ultrachłodne karłowate układy podwójne, z których wszystkie są stosunkowo młode – mają do 40 milionów lat. Szacuje się, że LP 413-53AB ma miliardy lat – wiek podobny do naszego Słońca – ale jej okres orbitalny jest co najmniej trzy razy krótszy niż wszystkie odkryte do tej pory ultrachłodne karłowate układy podwójne.
Wyniki badań zostały opublikowane 1 marca w Astrophysical Journal Letters.
„Odkrycie tak ekstremalnego układu jest ekscytujące” – powiedział Chih-Chun „Dino” Hsu, astrofizyk z północnego zachodu, który kierował badaniami. „W zasadzie wiedzieliśmy, że takie systemy powinny istnieć, ale takich systemów jeszcze nie zidentyfikowano”.
Hsu jest badaczem ze stopniem doktora w Centrum Interdyscyplinarnych Eksploracji i Badań Astrofizycznych (CIERA) w Northwestern. Rozpoczął to badanie, będąc doktorantem. student UC San Diego, gdzie doradzał mu profesor Adam Burgasser.
Zespół po raz pierwszy odkrył dziwny system binarny podczas eksploracji danych archiwalnych. Hsu opracował algorytm, który może modelować gwiazdę na podstawie jej danych widmowych. Analizując widmo światła emitowanego przez gwiazdę, astrofizycy mogą określić skład chemiczny gwiazdy, jej temperaturę, grawitację i rotację. Ta analiza pokazuje również ruch gwiazdy, gdy zbliża się ona do obserwatora i oddala się od niego, znany jako prędkość radialna.
Podczas badania danych widmowych LP 413-53AB, Hsu zauważył coś dziwnego. Wczesne obserwacje uchwyciły układ, gdy gwiazdy były z grubsza wyrównane, a ich linie widmowe zachodziły na siebie, co doprowadziło Hsu do przekonania, że to tylko jedna gwiazda. Ale gdy gwiazdy poruszały się po swojej orbicie, linie widmowe przesuwały się w przeciwnych kierunkach, dzieląc się na pary w późniejszych danych widmowych. Hsu zdał sobie sprawę, że w rzeczywistości były to dwie gwiazdy zamknięte w niewiarygodnie ciasnym układzie podwójnym.
Używając potężnych teleskopów w Obserwatorium WM Kecka, Hsu postanowił sam obserwować to zjawisko. 13 marca 2022 roku zespół skierował teleskopy w kierunku gwiazdozbioru Byka, w którym znajduje się układ podwójny, i obserwował go przez dwie godziny. Następnie przeprowadzili kolejne obserwacje w lipcu, październiku i grudniu, a także w styczniu 2023 r.
„Kiedy dokonywaliśmy tego pomiaru, mogliśmy zobaczyć, jak rzeczy zmieniają się w ciągu kilku minut obserwacji” – powiedział Burgasser. „Większość układów podwójnych, które obserwujemy, ma okresy orbitalne trwające lata. Tak więc co kilka miesięcy otrzymujesz pomiar. Po pewnym czasie możesz poskładać układankę. Dzięki temu systemowi mogliśmy zobaczyć, jak linie widmowe oddalają się w czasie rzeczywistym. To niesamowite widzieć, jak coś dzieje się we wszechświecie w ludzkiej skali czasu”.
Obserwacje potwierdziły przewidywania modelu Hsu. Odległość między dwiema gwiazdami wynosi około 1% odległości między Ziemią a Słońcem. „To niezwykłe, ponieważ gdy były młode, w wieku około 1 miliona lat, gwiazdy te znajdowały się jedna na drugiej” – powiedział Burgasser.
Zespół spekuluje, że gwiazdy albo migrowały ku sobie podczas ewolucji, albo mogły się spotkać po wyrzuceniu trzeciego – teraz zaginionego – gwiezdnego członka. Potrzeba więcej obserwacji, aby przetestować te pomysły.
Hsu powiedział również, że badając podobne systemy gwiezdne, badacze mogą dowiedzieć się więcej o planetach potencjalnie nadających się do zamieszkania poza Ziemią. Ultrachłodne karły są znacznie słabsze i ciemniejsze niż słońce, więc wszelkie światy z ciekłą wodą na powierzchni – kluczowym składnikiem do powstania i podtrzymywania życia – musiałyby znajdować się znacznie bliżej gwiazdy. Jednak w przypadku LP 413-53AB odległość strefy nadającej się do zamieszkania jest taka sama jak orbita gwiazdy, co uniemożliwia tworzenie planet nadających się do zamieszkania w tym układzie.
„Te ultrachłodne karły są sąsiadami naszego Słońca” – powiedział Hsu. „Aby zidentyfikować potencjalnie nadających się do zamieszkania gospodarzy, warto zacząć od naszych pobliskich sąsiadów. Ale jeśli bliskie układy podwójne są powszechne wśród ultrachłodnych krasnoludów, może być niewiele światów nadających się do zamieszkania”.
Aby w pełni zbadać te scenariusze, Hsu, Burgasser i ich współpracownicy mają nadzieję wskazać więcej superfajnych karłowatych układów podwójnych, aby stworzyć pełną próbkę danych. Nowe dane obserwacyjne mogą pomóc we wzmocnieniu teoretycznych modeli powstawania i ewolucji gwiazd podwójnych. Jednak do tej pory znalezienie ultrachłodnych gwiazd podwójnych było rzadkością.
“Te systemy są rzadkie” – powiedział Chris Theissen, współautor badania i doktor habilitowany kanclerza w UC San Diego. „Ale nie wiemy, czy są rzadkie, ponieważ rzadko istnieją, czy dlatego, że ich po prostu nie znajdujemy. To pytanie otwarte. Teraz mamy jeden punkt danych, na którym możemy zacząć budować. w archiwum przez długi czas. Narzędzie Dino pozwoli nam szukać więcej takich binariów.”