ستاره‌شناسان یک جفت ستاره با مدار فوق کوتاه کشف کردند

دانشمندان برای نخستین بار موفق شدند یک دوتایی ستاره‌ای با مدار فوق کوتاه را به‌صورت مستقیم رصد و ویژگی‌های آن را به دقت تعیین کنند.

در کهکشان ما حدود نیمی از ستارگان مانند خورشید منفرد هستند. اما نیم دیگر شامل ستارگان دوگانه و چندگانه می‌شود که به دور یکدیگر می‌چرخند و حتی گاهی در منظومه‌های خاص، فاصله‌ی آن‌ها چنان کم است که می‌توانند بین زمین و ماه جای بگیرند.

به‌تازگی پژوهشگران MIT و دیگر مراجع علمی، یک نمونه‌ی خاص از این دوتایی‌ها را کشف کرده‌اند. این سامانه‌ی ستاره‌ای که در یک کاتالوگ بسیار گسترده از ستارگان فهرست شده است، مداری فوق کوتاه دارد و دو ستاره‌ی آن تنها هر ۵۱ دقیقه دور یکدیگر می‌چرخند.

منظومه‌ی تازه کشف شده، در این فهرست ZTF J1813+4251 نام دارد و به‌نظر جزو یک طبقه‌بندی نادر دوتایی‌هاست که به‌عنوان «متغیر انفجاری» (Cataclysmic Binary) شناخته می‌شود. در این منظومه، ستاره‌ی مانند خورشید به‌شدت پیرامون یک کوتوله‌ی سفید که هسته‌ی داغ و چگال پایان عمر یک ستاره است، می‌چرخد.

بر خلاف سیستم‌های ستاره‌ای مشابه کشف شده تا کنون، این بار ستاره‌شناسان توانستند به‌صورت مستقیم این متغیر انفجاری را هنگامی که ستارگان آن به‌طور مرتب یکدیگر را می‌پوشاندند مشاهده و بدین ترتیب ویژگی‌های هر ستاره را به دقت تعیین کنند.

با استفاده از این اندازه‌گیری‌ها، آن‌ها موفق به شبیه‌سازی وضعیت کنونی این سیستم و شیوه‌ی تکامل آن طی صدها سال آینده شدند. این مطالعه نشان داد که ستارگان این دوتایی، در حالت گذار هستند و ستاره‌ی خورشید-مانند تا کنون بخش قابل توجهی از اتمسفر هیدروژن خود را راهی کوتوله‌ی سفید کرده است.

در نهایت، این ستاره به یک هسته‌ی بزرگ و متراکم غنی از هلیوم تبدیل خواهد شد. اما پیش از انبساط و دور شدن از هم، تا ۷۰ میلیون سال آینده این ستاره‌ها باز هم به هم نزدیک‌تر می‌شوند تا جایی که مدار بسیار کوتاه آن‌ها تنها به ۱۸ دقیقه می‌رسد.

«کوین برج» (Kevin Burdge) از دانشکده‌ی فیزیک ام‌آی‌تی در این زمینه گفت: «اینکه توانستیم یکی از این سیستم‌ها را در زمان تغییر از هیدروژن به هلیوم در قرص برافزایشی ثبت کنیم، یک مورد نادر است. پیش‌بینی می‌شد که این اجرام باید به مدارهای فوق کوتاه جابه‌جا شوند.»

او افزود: «برای مدت طولانی تردید وجود داشت که آیا این ستاره‌ها می‌توانند به اندازه‌ی کافی به هم نزدیک شوند تا امواج گرانشی قابل تشخیص از خود ساطع کنند؟ اکنون این کشف تازه نشان می‌دهد که چنین چیزی روی نخواهد داد.»

این منظومه‌ی ستاره‌ای توسط «تأسیسات گذر تسوئیکی» (ZTF) رصد شده که یک نقشه‌برداری سراسری با کمک دوربین متصل به تلسکوپ رصدخانه‌ی پالومار کالیفرنیا است. این پویش نقشه‌برداری بیش از ۱۰۰۰ تصویر از هر یک از بیش از ۱ میلیارد ستاره در آسمان گرفته و تغییرات روشنایی هر ستاره را در طول روز، ماه و سال ثبت کرده است.

دانشمندان با بررسی این کاتالوگ را به دنبال سیگنال‌هایی از سیستم‌هایی با مدارهای فوق کوتاه بودند. دینامیک چنین منظومه‌هایی ستاره‌ای می‌تواند به اندازه‌ای شدید باشد که فوران‌های قدرتمند نور و امواج گرانشی ساطع کنند.

در این مطالعه‌ی تازه، دانشمندان با کمک داده‌های ZTF ستاره‌هایی را که به‌نظر می‌رسید به‌طور مکرر با دوره‌ی کمتر از ۱ ساعت چشمک می‌زنند، بررسی کردند. این فرکانس معمولا به سیستمی از حداقل دو جرم نزدیک اشاره دارد. سپس از الگوریتمی برای مرتب‌سازی بیش از ۱ میلیارد ستاره که از هر یک بیش از ۱۰۰۰ عکس تهیه شده بود، استفاده کردند.

این برنامه‌ی رایانه‌ای، حدود ۱ میلیون ستاره را که به نظر می‌رسید هر ساعت یا بیشتر چشمک می‌زنند، از داده‌ها حذف کرد. سپس دانشمندان به‌صورت دستی آن‌ها را برای یافتن نشانه‌های دلخواه بررسی کردند. بدین ترتیب ZTF J1813+4251 سیستمی که در صورت فلکی «هرکول» (Hercules) و حدود ۳۰۰۰ سال نوری از زمین قرار دارد در کانون توجه قرار گرفت.

برج درباره‌ی این نتایج گفت: «این نتایج خودش را نشان داد و دیدم که هر ۵۱ دقیقه یک گرفت روی می‌دهد و بدین ترتیب دریافتم که یک باینری (دوتایی) است.»

این تیم علمی سپس از «رصدخانه‌ی کک» (W.M. Keck Observatory) در هاوایی و «تلسکوپ بزرگ جزایر قناری» (Gran Telescopio Canarias) در اسپانیا برای تمرکز بیشتر بر روی این سیستم استفاده کردند و دریافتند که به شکل استثنایی «تمیز» به‌شمار می‌رود، یعنی تغییر نور آن را با هر گرفت قابل تشخیص است. با چنین وضوحی، جرم، شعاع و دوره‌ی مداری هر جرم به دقت اندازه‌گیری شد.

با جرم حدود نصف خورشید و اندازه‌ی یک صدم آن، دانشمندان دریافتند که اولین جرم احتمالا یک کوتوله‌ی سفید است. دومین جرم هم ستاره‌ای شبیه به خورشید در اواخر عمر خود بود که یک دهم اندازه و جرم خورشید (به اندازه‌ی مشتری) را داشت. همچنین به‌نظر می‌رسید که ستاره‌ها هر ۵۱ دقیقه به دور یکدیگر می‌چرخند.

برج در این‌باره خاطرنشان کرد: «این یک ستاره‌ی شبیه خورشید بود، اما خورشید نمی‌تواند در مداری کمتر از هشت ساعت قرار بگیرد و بنابراین این منظومه واقعا شگفت‌آور است و خاص است. ما خوش‌شانس بودیم که سیستمی را پیدا کردیم که به یک پرسش بزرگ پاسخ می‌دهد و یکی از زیباترین متغیرهای انفجاری شناخته شده است.»

عکس کاور: طرحی گرافیکی از یک منظومه‌ی ستاره‌ای دوتایی که در آن کوتوله‌ی سفید مواد ستاره‌ی همدم خود را می‌بلعد.
Credit: M.Weiss/Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian

منبع: Tech Explorist