Zespół astronomów odkrył progenitora skrajnie małomasywnego białego karła w układzie podwójnym ze zwartym, niewidocznym towarzyszem.
Układ podwójny zawierający przodka białego karła o wyjątkowo małej masie i zwartego, niewidocznego towarzysza został odkryty przez chińskich astronomów z National Astronomical Observatory of China (NAOC) przy użyciu danych spektroskopowych z Large Sky Area Multi-Object Fibre Spectroscopic Telescope (LAMOST) w Obserwatorium Xinglong w prowincji Hebei i P200/DBSP oraz wielopasmowych danych fotometrycznych z przeglądu Catalina i Zwicky Transient Facility. Masa widocznej gwiazdy, przodka bardzo małomasywnego białego karła, to około 0,09 masy Słońca, czyli mniej niż teoretyczna jej granica, która mogłaby podważyć obecną teorię formowania się skrajnie małomasywnych białych karłów.
Większość gwiazd we Wszechświecie zakończy życie jako białe karły – po wypaleniu się ich paliwa jądrowego. Większość białych składa się głównie z węgla i tlenu. Mają one masy rzędu 0,5 do 1,4 masy Słońca.
Gdy masa gwiazdy jest większa niż 1,4 masy Słońca, ciśnienie degeneracji elektronów w jądrze nie jest już w stanie oprzeć się grawitacji i taki biały karzeł będzie zapadał się w gwiazdę neutronową. Białe karły o masach od 0,33 do 0,5 masy słonecznej mogą mieć jądra zdominowane przez tlenek węgla (CO) lub hel (He). Białe karły o jeszcze niższych masach, znane jako skrajnie małomasywne białe karły, składają się z kolei ze zdegenerowanego helu.
Uważa się, że takie skrajnie małomasywne białe karły nie mogą powstawać poprzez ścieżkę ewolucji pojedynczej gwiazdy, ponieważ formowanie się takich pojedynczych helowych białych karłów o niskiej masie wymaga gwiazdy macierzystej o odpowiednio bardzo niskiej masie początkowej i niezwykle długim czasie ewolucji – dłuższym nawet niż obecny wiek Wszechświata. Dlatego przyjmuje się, że skrajnie małomasywne białe karły powstają w oddziałujących układach podwójnych. Badacze sądzą, że skrajnie małomasywne białe karły (poniżej 0,18 masy Słońca) tracą większość swojej początkowej masy przez stabilny kanał powierzchni Roche’a.
Aby nastąpiło skuteczne uformowanie się skrajnie małomasywnego białego karła, początek transferu masy powinien nastąpić w odpowiednim czasie. Jeżeli rozpocznie się zbyt wcześnie, dawca wyewoluuje w gwiazdę ciągu głównego o małej masie, podobną do towarzysza w układzie kataklizmicznym. Jeżeli zaś zacznie się za późno, jądro „dawcy” będzie już wystarczająco masywne, aby ewoluować do następnego etapu poprzez błysk helowy. Zatem istnieje teoretyczna dolna granica masy skrajnie małomasywnego białego karła w takim ograniczonym procesie przenoszenia masy, która wynosi około 0,14–0,16 masy Słońca.
Przodek skrajnie małomasywnego białego karła wygląda jak normalny karzeł typu F krążący wokół niewidocznego obiektu co 5,27 godziny. Być może właśnie zakończył fazę przenoszenia masy i powoli porusza się w kierunku ścieżki stygnięcia białego karła. Jego stała jasność sugeruje, że energia jest dostarczana przez maleńką płonącą powłokę wodorową poza zdegenerowanym jądrem helowym. Jednak jego dynamiczna masa wynosi tylko około 0,09 masy Słońca, czyli poniżej dolnej granicy przewidywań teoretycznych, co jest rzeczywiście zagadkowe – wyjaśnia dr Yuan Hailong, autor badań.
Masa układu została oszacowana na podstawie wielopasmowych danych fotometrycznych i spektroskopowych oraz paralaksy Gai. Po uwzględnieniu wszystkich możliwych błędów szacowana masa jest nadal znacząco niska. Zespół przetestował kilka modeli teoretycznych, z których żaden nie pasował zbyt dobrze do wyników. To odkrycie rodzi pytanie o obecny mechanizm powstawania skrajnie małomasywnych białych karłów, który wciąż czeka na rozwiązanie.
Niewidoczny zwarty składnik może mieć masę około 1,0 masy Słońca i jest bardziej prawdopodobne, że będzie to biały karzeł, ale obecnie nie można też wykluczyć gwiazdy neutronowej.
Układy podwójne skrajnie małomasywnych białych karłów ze zwartymi towarzyszami mogą być przy tym ciągłymi źródłami fal grawitacyjnych i należą do kluczowych obiektów przy próbach wykrycia tych fal.
Omawiane tu odkrycie stanowi z kolei postęp w poszukiwaniach kompaktowych obiektów w projekcie LAMOST i dowodzi jego przydatności w zakresie badań skrajnie małomasywnych białych karłów. Wraz z napływem większej ilości danych dotyczących czasu podczas drugiego regularnego pięcioletniego przeglądu LAMOST możemy oczekiwać odkryć jeszcze bardziej interesujących zwartych układów podwójnych.
Badanie zostało opublikowane w „Astronomical Journal” 21 lutego 2023 roku.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Scientists Discover Pre-low-mass White Dwarf Binary Using LAMOST
- ELM of ELM-WD: An Extremely-low-mass Hot Star Discovered in LAMOST Survey
Źródło: CAS
Na ilustracji: Wizja artystyczna podwójnego skrajnie małomasywnego białego karła. Źródło: Caltech / IPAC
