Bagaimana Borang Sistem Perduaan Bintang? Astronom Akhirnya Menyelesaikan Misteri

Letupan supernova yang hebat, lebih daripada satu bilion kali lebih terang daripada matahari kita, menandakan kelahiran bintang neutron yang mengorbit temannya yang panas dan padat. Kini kedua-dua sisa pepejal ini ditakdirkan untuk menjadi satu sama lain dalam kira-kira satu bilion tahun, akhirnya menggabungkan dan menghasilkan beberapa unsur paling terkenal di alam semesta.

Letupan berlaku di galaksi yang mirip dengan Bima Sakti kita sendiri, hampir 920 juta tahun cahaya jauh. Teleskop kecil di Observatori Palomar di California mengesan foton pertama dari supernova yang dinamakan "iPTF 14gqr" - hanya beberapa jam selepas letupan, apabila ia lebih daripada 10 kali lebih panas daripada permukaan matahari kita. Ketika kecerahan supernova berkembang dalam dua minggu ke depan, sebuah pasukan antarabangsa ahli astronomi menggunakan data untuk mengesan asal letupan itu ke bintang besar dengan radius 500 kali matahari.

Tetapi ia bukan hanya saiz gergasi bintang yang membuat penemuan ini amat penting. Apa yang luar biasa ialah bintang itu juga nampaknya paling ringan dari semua bintang gergasi yang terkenal. Bintang besar ini telah dirompak hampir semua jisimnya, mungkin oleh rakan kongsi yang mengarahkan padat. Apabila ia meletup, ia meninggalkan bintang neutron baru yang terus mengorbit temannya.

Memahami pembentukan sistem bintang binari di mana dua bintang super padat orbit antara satu sama lain sentiasa menjadi teka-teki. Supernovae yang sekelip ini yang menghasilkan sistem bintang binari padat ini jarang dan sulit dicari, kerana ia cepat muncul dan hilang di langit - kira-kira lima kali lebih cepat daripada supernova tipikal.

Observasi pertama supernova "ultra-dilucutkan" ini, yang saya dan rakan-rakan saya terperinci dalam kajian baru, bukan sahaja memberikan pandangan tentang pembentukan sistem-sistem ini tetapi juga mendedahkan peringkat akhir dalam kehidupan bintang-bintang yang unik ini yang telah dijarah semua jisim mereka sebelum mereka mati.

Menyelesaikan Misteri yang Lama

Bintang-bintang yang dilahirkan dengan lebih lapan kali jisim matahari cepat kehabisan bahan bakar dan tunduk pada graviti pada akhir hidup mereka - runtuh pada diri mereka dan meletup di supernova. Apabila ini berlaku, semua lapisan luar bintang - beberapa kali jisim matahari - bertaburan.

Apabila saya mula bekerja dengan penasihat saya, Mansi Kasliwal, sebagai pelajar siswazah baru, saya memutuskan untuk mengkaji supernova yang cepat pudar dalam kecerahan. Perlombongan pangkalan data peristiwa yang ditemui oleh iPTF, saya menjumpai iPTF 14gqr, supernova yang cepat pudar yang telah ditemui lebih daripada setahun sebelum tetapi sifat fizikal yang sebenar kekal misteri.

Data-data itu membingungkan kerana model awal kami mencadangkan supernova ini disebabkan oleh kematian bintang besar raksasa, tetapi letupan itu sendiri agak mengecewakan. Ia dikeluarkan hanya seperlima jisim matahari, sementara tenaganya hanya sepersepuluh dari supernova biasa. Di manakah segala masalah dan tenaga yang hilang?

Petunjuk menunjukkan bahawa bintang yang meletup mestilah dilucutkan hampir semua jisim asalnya sebelum letupan. Tetapi apa yang boleh mencuri begitu banyak perkara dari bintang gergasi ini? Mungkin sahabat binari yang tidak kelihatan?

Saya mula membaca tentang senario bintang binari yang jarang berlaku, apabila saya mula-mula menyaksikan idea "supernovae ultra-dilucutkan."

Ultra-Stripped Supernovae

Apabila bintang besar mempunyai bintang pengembara binari yang padat dan berdekatan, tarikan graviti yang kuat dari teman dapat merompak jirannya yang tidak curiga hampir semua jisimnya sebelum ia meletup - oleh itu istilah "ultra-dilucutkan."

Supernova ultra-dilucutkan meninggalkan sebuah bintang neutron, sebuah mayat yang bertubuh padat yang berputar dengan cepat lebih banyak daripada jisim matahari yang penuh dengan rantau yang luas di pusat bandar Los Angeles. Bintang neutron ini terperangkap dalam orbit yang ketat di sekeliling sahabatnya. Temannya mungkin bintang neutron lain, atau kerdil putih atau lubang hitam yang terbentuk dari bintang besar yang meninggal beberapa juta tahun sebelum temannya.

Sistem perduaan sedemikian telah menjadi medan penting penyiasatan astrofizik selama beberapa dekad. Kami telah mengamati banyak sistem sedemikian di dalam galaksi kita sendiri dengan optik dan teleskop radio. Pengesan gelombang graviti tidak langsung pertama adalah dari pemerhatian sistem bintang neutron berganda. Baru-baru ini, penggabungan pertama sistem bintang neutron dua dikesan oleh LIGO maju dan dalam gelombang elektromagnet pada tahun 2017, memberikan pandangan unik ahli astronomi ke dalam kerja graviti dan asal-usul unsur-unsur berat di alam semesta.

Namun, ia telah lama menjadi misteri bagaimana bintang binari terbentuk. Kita tahu bahawa bintang neutron terbentuk dalam letupan supernova. Tetapi, untuk mendapatkan bintang neutron binari, anda memerlukan binari dua bintang besar untuk memulakan. Walau bagaimanapun, ia memerlukan keseimbangan kuasa yang tepat untuk memastikan bahawa bintang neutron binari kekal stabil untuk bertahan dalam dua letupan ganas yang mewujudkan sistem.

Beberapa baris bukti tidak langsung mencadangkan mereka dibentuk dalam kelas sangat jarang berlaku letupan supernova ultra-dilucutkan lemah. Tetapi ledakan pengsan ini telah melarikan diri dari pengesanan langsung. Bukti pemerhatian pertama untuk supernova ultra-dilucutkan membuka peluang untuk memahami pembentukan sistem binari bintang yang ketat.

Mengimbas Surga untuk Letupan Bayi

Supernova kami dilihat semasa kajian Palomar Transient Factory (iPTF) pertengahan. Tinjauan iPTF automatik menggunakan kamera besar dipasang pada teleskop berukuran 1 meter untuk mengambil gambar langit setiap malam dan mengimbas "bintang baru." Keutamaan carian memburu supernovae bayi dan menentukan asalnya.

Apabila terdapat sebuah bintang baru, robot kaji selidik akan memberi amaran kepada ahli-ahli astronomi yang berada di zon waktu yang berbeza. Strategi ini, bersama-sama dengan rangkaian teleskop global, membolehkan kita menangkap beberapa bintang yang meletup dalam tindakan dan memahami apa yang mereka kelihatan seperti sebelum mereka meletup. Sebenarnya, mencari detik supernova ultra-dilucutkan yang jarang berlaku selepas letupan itu adalah satu kebetulan yang bertuah!

Acara tunggal ini memberikan kita gambaran yang mendalam mengenai jisim dan tenaga yang dikeluarkan dalam letupan sedemikian, kitaran hayat bintang besar, dan pembentukan bintang-bintang binari. Namun, terdapat banyak lagi yang dapat dipelajari dari contoh yang lebih besar dari peristiwa-peristiwa ini.

Dengan Zwicky Transient Facilty - pengganti iPTF yang dapat mengesan langit 10 kali lebih pantas - dan rangkaian teleskop global yang dikenali sebagai GROWTH, kami berharap dapat menyaksikan lebih banyak letupan ultra-dilucutkan, memulakan episod baru dalam pemahaman kami tentang sistem bintang unik ini.

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada Perbualan oleh Kishalay De. Baca artikel asal di sini.