Modele pomagają nam w poszukiwaniu ukrytych pozostałości gwiazdowych

Wykryliśmy tylko niewielką część czarnych dziur, gwiazd neutronowych i białych karłów, które są składnikami układów podwójnych. Nowy artykuł opisuje sposób na odkrycie najbardziej nieuchwytnych z tych obiektów.

Wizja artystyczna układu podwójnego zawierającego masywną gwiazdę ciągu głównego i czarną dziurę. Rozmiar czarnej dziury został wyolbrzymiony w celach ilustracyjnych. Źródło: ESO/L. Calçada; CC BY 4.0.

Wyszukiwanie zwartych obiektów
Kiedy gwiazdy wygasają, pozostawione po nich pozostałości – czarne dziurygwiazdy neutronowe i białe karły – są trudne do wykrycia. Czarne dziury nie emitują światła, a maleńkie gwiazdy neutronowe i białe karły świecą słabo w porównaniu z gwiazdami w pełni życia. Te trudne do wykrycia zwarte obiekty czasami ujawniają się poprzez akrecję gazu od towarzysza; gdy gaz zmierza spiralnie w kierunku obiektu, tworzy przegrzany dysk, który świeci w promieniach rentgenowskich.

Ale jak znaleźć zwarte obiekty, które nie ujawniają się poprzez akrecję? W nowej publikacji Nicholas Sorabella (Lowell Center for Space Science and Technology i University of Massachusetts Lowell) i współpracownicy pokazują, jak modele mogą pomóc nam zidentyfikować ciche zwarte obiekty w układach podwójnych.

Poszukiwanie towarzyszy
Zamiast próbować bezpośrednio wykryć słabych lub niewidocznych towarzyszy, Sorabella i współpracownicy badali, jak obecność niewidocznego obiektu wpływa na drugi składnik układu podwójnego: gwiazdę. Jasność gwiazdy zamkniętej w układzie podwójnym ze zwartym obiektem będzie się zmieniać w trakcie orbity z trzech powodów:

  • samosoczewkowanie: kiedy zwarty obiekt przechodzi przed gwiazdą, jego grawitacja ugina światło gwiazdy, tymczasowo zwiększając jej jasność;
  • wzmocnienie Dopplera: w miarę jak gwiazda towarzysząca podróżuje po swojej orbicie, jej światło wydaje się jaśniejsze dla obserwatora na Ziemi, gdy gwiazda porusza się w kierunku Ziemi i bledsze, gdy gwiazda oddala się od Ziemi;
  • zmiany elipsoidalne: zwarty obiekt wywiera ekstremalne siły pływowe na swojego gwiezdnego towarzysza, rozciągając gwiazdę w kształt łezki. Jasność asymetrycznej gwiazdy zmienia się, gdy jest ona widziana pod różnymi kątami podczas swojej orbity.

W tej pracy Sorabella i współpracownicy opracowali model, który przewiduje jak samosoczewkowanie, wzmocnienie Dopplera i zmiany elipsoidalne wpływają na jasność gwiazdy o wydłużonej, podwójnej orbicie. Model autorów uwzględnia również efekty pociemnienia brzegowego – spadek jasności w kierunku zewnętrznej krawędzi gwiazdy ze względu na chłodniejsze warstwy. Modelując, jak te efekty zmieniają się w miarę, jak zwarty obiekt i jego gwiezdny towarzysz wirują wokół siebie, zespół jest w stanie określić masy obu składników układu podwójnego, jak i inne kluczowe aspekty układu podwójnego – wszystko to bez bezpośredniego wykrywania obiektu zwartego.

Przetestuj to
Jako test, autorzy wymodelowali krzywą blasku Cygnusa X-1, emitującego promieniowanie X układu podwójnego, o którym wiadomo, że zawiera czarną dziurę i błękitnego nadolbrzyma. Nowo wyznaczone masy członków układu podwójnego oraz inne aspekty układu były zgodne z wcześniejszymi pomiarami, co świadczy o możliwościach modelu.

Nadchodzące przeglądy prawdopodobnie zaobserwują tysiące układów zawierających zwarte obiekty, a naukowcy szacują, że około 200 z nich będzie miało dostrzegalne sygnały samosoczewkowania. Wykryto tylko garstkę nieakreujących gwiazd neutronowych i czarnych dziur w układach podwójnych, więc modele takie jak ten zespołu naukowców pozwolą nam zbadać prawie niezbadaną populację pozostałości gwiazdowych.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Czarna dziura wyrzuca gwiezdne szczątki

Ujawniono ogólną strukturę gwiazdy neutronowej

Teleskop Webba wykonał swoje pierwsze zdjęcie egzoplanety