Astronomen die de Gemini North- en Keck II-telescopen gebruiken, hebben in een gewelddadig dubbelstersysteem gestaard om te ontdekken dat een van de op elkaar inwerkende sterren zoveel massa heeft verloren aan zijn partner dat het is teruggevallen tot een vreemd, inert lichaam dat lijkt op geen bekend stertype.
Niet in staat om kernfusie in de kern te ondersteunen en gedoemd om in een baan om de aarde te gaan met zijn veel energiekere witte dwergpartner gedurende miljoenen jaren, is de dode ster in wezen een nieuw, onbepaald type stellair object.
"Zoals de klassieke regel over de benadeelde partner in een romantische relatie, gaf en gaf de kleinere donorster nog meer totdat hij niets meer te geven had", zegt Steve B. Howell, een astronoom bij Wisconsin-Indiana-Yale -NOAO (WIYN) telescoop en de National Optical Astronomy Observatory, Tucson, AZ. “Nu is de donorster doodgelopen - hij is veel te massief om als een superplaneet te worden beschouwd, de samenstelling komt niet overeen met bekende bruine dwergen en hij is veel te laag in massa om een ster te zijn. Er is geen echte categorie voor een object in zo'n limbo. "
Het binaire systeem, bekend als EF Eridanus (afgekort EF Eri), bevindt zich op 300 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Eridanus. EF Eri bestaat uit een zwakke witte dwergster met ongeveer 60 procent van de massa van de zon en het donorobject van een onbekend type, dat een geschatte massa heeft van slechts 1 / 20e van een zonnemassa.
Howell en Thomas E. Harrison van de New Mexico State University hebben met hoge precisie infraroodmetingen gedaan van het dubbelstersysteem met behulp van de spectrografische mogelijkheden van de Near Infrared Imager (NIRI) op de Gemini North-telescoop en NIRSPEC op Keck II, beide op Mauna Kea in december Respectievelijk 2002 en september 2003. In september 2002 werden ondersteunende waarnemingen gedaan met de 2,1-meter telescoop op het Kitt Peak National Observatory bij Tucson.
EF Eri is een type dubbelstersysteem dat bekend staat als magnetische cataclysmische variabelen. Deze klasse van systemen kan veel meer van deze 'dode' objecten produceren dan wetenschappers zich hebben gerealiseerd, zegt Harrison, co-auteur van een paper over de ontdekking die zal worden gepubliceerd in het nummer van 20 oktober van het Astrophysical Journal. "Dit soort systemen wordt over het algemeen niet verantwoord in de gebruikelijke volkstelling van sterrenstelsels in een typisch sterrenstelsel", zegt Harrison. 'Ze moeten beslist zorgvuldiger worden overwogen.'
De witte dwerg in EF Eri is een samengeperst, uitgebrand overblijfsel van een ster van het zonnetype dat nu ongeveer dezelfde diameter heeft als de aarde, hoewel het nog steeds veel zichtbaar licht afgeeft. Howell en Harrison observeerden EF Eri in het infrarood omdat infrarood licht van het paar van nature wordt gedomineerd door warmte en langere golflengte-emissies van het secundaire object.
Het wetenschappelijke detectivewerk om de componenten van dit binaire systeem af te leiden, werd enorm bemoeilijkt door de cyclotronstraling die wordt uitgezonden als vrije elektronen langs de krachtige magnetische veldlijnen van de witte dwerg naar beneden spiralen. Het magnetische veld van de witte dwerg is ongeveer 14 miljoen keer zo krachtig als dat van de zon. De resulterende cyclotronstraling wordt voornamelijk uitgezonden in het infrarode deel van het spectrum.
“In onze eerste spectroscopie van EF Eri merkten we op dat sommige delen van het infrarode continuümlicht gedurende een periode ongeveer 2-3 keer helderder werden en daarna verdwenen. Deze verheldering herhaalde elke baan en moest dus een oorsprong hebben binnen het binaire bestand ', legt Howell uit. “We dachten eerst dat de verandering in helderheid het gevolg was van het verschil tussen een verwarmde kant en een koelere kant van het donorobject, maar verdere waarnemingen met Gemini en Keck wezen in plaats daarvan op cyclotronstraling. We ‘zien’ deze extra infraroodcomponent in de fasen die optreden wanneer de straling in onze richting wordt gestraald, en we zien het niet wanneer de straling in andere richtingen wijst. "
De orbitale periode van 81 minuten van de twee objecten was waarschijnlijk vier of vijf uur toen het proces van massaoverdracht ongeveer vijf miljard jaar geleden begon. Oorspronkelijk was het secundaire object misschien ook qua grootte vergelijkbaar met de zon, met misschien 50-100 procent van een zonnemassa.
"Wanneer dit interactieve proces van massaoverdracht van de secundaire ster naar de witte dwerg begint en waarom het stopte, blijven we ons allebei onbekend", zegt Howell. Tijdens dit proces waren herhaalde uitbarstingen en novae-explosies zeer waarschijnlijk. De fysica van het proces zorgde er ook voor dat de twee objecten dichter bij elkaar kwamen te draaien. Tegenwoordig draaien de twee objecten om elkaar heen op ongeveer dezelfde afstand als de afstand van de aarde tot de maan. Het donorobject is teruggevallen tot een lichaam met een diameter die ongeveer gelijk is aan de planeet Jupiter.
Het gecombineerde waarnemingsvermogen van de Gemini 8-meter en Keck 10-meter telescopen en hun grote primaire spiegels, die essentieel waren voor dit onderzoek, zegt Howell, maakt duidelijk dat noch de spectrale kenmerken van de donor noch de samenstelling overeenkomen met enig bekend type bruine dwerg of planeet.
Derek Homeier University of Georgia heeft een reeks computermodellen gemaakt die proberen de omstandigheden bij EF Eri na te bootsen, maar zelfs de beste hiervan komen niet perfect overeen.
De vorm van de spectra duidt op een heel cool object (ongeveer 1.700 graden Kelvin, equivalent aan een koele bruine dwerg), maar ze hebben niet dezelfde gedetailleerde vorm of belangrijke kenmerken van bruine dwergspectra. De koelste normale sterren (M-sterren met zeer lage massa) zijn ongeveer 2500 graden K en Jupiter is 124 graden K. De nabije "hete Jupiter" -exoplaneten die indirect worden gedetecteerd door andere astronomen met hun zwaartekrachtseffect op hun moedersterren, worden geschat 1.000-1.600 graden K.
Er is een kleine kans dat het EF Eri-systeem oorspronkelijk had kunnen bestaan uit de stamvader van de huidige witte dwergster en een soort 'superplaneet' die de evolutie van de witte dwerg heeft overleefd om te resulteren in het systeem dat nu wordt waargenomen, maar dit wordt als onwaarschijnlijk beschouwd.
"Er zijn ongeveer 15 andere bekende binaire systemen die vergelijkbaar zijn met EF Eri, maar geen enkele is voldoende bestudeerd om te vertellen", zegt Howell. "We werken momenteel aan een aantal van hen en proberen onze modellen te verbeteren zodat ze beter aansluiten bij de infraroodspectra."
Medeauteurs van dit artikel over EF Eri zijn Paula Szkody van de Universiteit van Washington in Seattle en Joni Johnson en Heather Osborne uit de staat New Mexico.
De WIYN 3,5-meter telescoop bevindt zich op Kitt Peak National Observatory, 55 mijl ten zuidwesten van Tucson, AZ. Kitt Peak National Observatory maakt deel uit van het National Optical Astronomy Observatory, dat wordt beheerd door de Association of Universities for Research in Astronomy (AURA), Inc., in een samenwerkingsovereenkomst met de National Science Foundation (NSF).
De nationale onderzoeksbureaus die het Gemini Observatory-partnerschap vormen, zijn onder meer: de US National Science Foundation (NSF), de UK Particle Physics and Astronomy Research Council (PPARC), de Canadian National Research Council (NRC), de Chilean Comisi? N Nacional de Investigaci ? n Cientifica y Tecnol? gica (CONICYT), de Australian Research Council (ARC), de Argentijnse Consejo Nacional de Investigaciones Cient? ficas y T? cnicas (CONICET) en de Braziliaanse Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient? fico e Tecnol? gico ( CNPq). Het Observatorium wordt beheerd door AURA in het kader van een samenwerkingsovereenkomst met de NSF.
De W.M. Keck Observatory wordt beheerd door de California Association for Research in Astronomy (CARA), een wetenschappelijk partnerschap van het California Institute of Technology, de University of California en de National Aeronautics and Space Administration.
Oorspronkelijke bron: Gemini News Release
