Astrofizycy odkryli najciaśniejszy układ podwójny skrajnie chłodnych karłów, jaki kiedykolwiek zaobserwowano.
Gwiazdy znajdują się tak blisko siebie, że ich obrót wokół siebie zajmuje mniej niż jeden ziemski dzień. „Rok” każdej z gwiazd trwa zaledwie 17 godzin.
Nowo odkryty układ, nazwany LP 413-53AB, składa się z pary skrajnie chłodnych karłów, czyli gwiazd o bardzo małej masie, które są tak chłodne, że emitują światło głównie w podczerwieni, co czyni je całkowicie niewidocznymi dla ludzkiego oka. Co ciekawe, takie gwiazdy należą do jednego z najbardziej rozpowszechnionych typów gwiazd we Wszechświecie.
Dotychczas astronomowie wykryli tylko trzy krótkookresowe skrajnie chłodne układy podwójne karłów, z których wszystkie są stosunkowo młode – mają do 40 milionów lat. Wiek LP 413-53AB szacuje się na miliardy lat – jest to wiek podobny do wieku naszego Słońca – ale jego okres orbitalny jest około cztery razy krótszy niż dla wszystkich odkrytych do tej pory układów podwójnych skrajnie chłodnych karłów.
Zespół po raz pierwszy odkrył dziwny układ podwójny podczas badania danych archiwalnych. Chih-Chun „Dino” Hsu, astrofizyk z Northwestern, który kierował badaniem, opracował algorytm modelujący gwiazdę na podstawie jej danych spektralnych. Analizując widmo światła emitowanego przez gwiazdę, astrofizycy mogą określić jej skład chemiczny, temperaturę, grawitację i rotację. Analiza ta pokazuje również ruch gwiazdy w kierunku i od obserwatora, znany jako prędkość radialna.
Badając dane spektralne LP 413-53AB, Hsu zauważył coś dziwnego. Wczesne obserwacje uchwyciły układ, gdy gwiazdy były w przybliżeniu ustawione w jednej linii, a ich linie widmowe nakładały się na siebie, co doprowadziło Hsu do przekonania, że była to tylko jedna gwiazda. Jednak gdy gwiazdy przesunęły się na swoich orbitach, linie widmowe przesunęły się też – w przeciwnych kierunkach, rozdzielając się na pary w późniejszych danych spektralnych. Hsu zdał sobie wtedy sprawę, że w rzeczywistości są to dwie gwiazdy zamknięte w niewiarygodnie ciasnym układzie podwójnym.
Korzystając z instrumentu Near-Infrared Spectrograph (NIRSPEC) w Obserwatorium Kecka, Hsu postanowił sam zaobserwować to zjawisko. 13 marca 2022 roku zespół zwrócił teleskop Keck II w kierunku konstelacji Byka, gdzie znajdował się układ podwójny, i obserwował go przez dwie godziny. Następnie przeprowadzono kolejne obserwacje w lipcu, październiku i grudniu 2022 roku, a także w styczniu 2023 roku.
Kiedy dokonaliśmy pomiaru, mogliśmy zobaczyć, że rzeczy zmieniają się w ciągu kilku minut obserwacji – powiedział prof. Adam Burgasser. Większość układów podwójnych, które śledzimy, ma okresy orbitalne trwające lata. Tak więc otrzymujesz pomiar co kilka miesięcy. Wtedy po pewnym czasie można poskładać takie puzzle. W przypadku tego układu mogliśmy zobaczyć, jak linie widmowe oddalają się od siebie w czasie rzeczywistym. To niesamowite móc widzieć, jak coś takiego zachodzi we Wszechświecie w ludzkiej skali czasowej.
Obserwacje potwierdziły to, co przewidywał model Hsu. Odległość między dwiema gwiazdami wynosi około 1% odległości między Ziemią a Słońcem! Jest to niezwykłe, ponieważ kiedy gwiazdy były młode, rzędu miliona lat, znajdowały się prawie jedna na drugiej – powiedział Burgasser.
Zespół spekuluje, że gwiazdy albo migrowały ku sobie podczas ewolucji, albo mogły się spotkać bliżej już po wyrzuceniu trzeciego – teraz zaginionego – gwiezdnego towarzysza w układzie wielokrotnym. Potrzeba więcej obserwacji, aby przetestować te pomysły.
Hsu uważa też, że badając podobne układy gwiazdowe możemy dowiedzieć się więcej o egzoplanetach potencjalnie nadających się do zamieszkania. Skrajnie chłodne karły są znacznie słabsze i ciemniejsze niż Słońce, więc wszelkie światy z wodą w stanie ciekłym na powierzchni – kluczowym składnikiem powstania i powstrzymania życia – musiałyby znajdować się znacznie bliżej gwiazdy. Jednak w przypadku LP 413-53AB odległość ekosfery jest bardzo zbliżona do rozmiaru orbity gwiazdy, co prawdopodobnie uniemożliwia tworzenie się planet nadających się do zamieszkania w tym układzie.
Te skrajnie chłodne karły są sąsiadkami naszego Słońca – dodaje Hsu. Aby zidentyfikować gospodarzy potencjalnie zdatnych do zamieszkania planet, warto zacząć właśnie od pobliskich sąsiadów. Ale jeżeli bliskie układy podwójne są powszechne wśród skrajnie chłodnych karłów, może istnieć kilka takich światów nadających się do zamieszkania.
By w pełni zbadać te scenariusze, Hsu, Burgasser i ich współpracownicy spróbują teraz znaleźć więcej krótkookresowych skrajnie chłodnych układów podwójnych karłów, aby stworzyć pełną próbkę danych na ich temat. Nowe dane obserwacyjne mogą pomóc we wzmocnieniu teoretycznych modeli powstawania i ewolucji gwiazd podwójnych. Jednak do tej pory znalezienie skrajnie chłodnych gwiazd podwójnych było rzadkością.
Badania zostały opublikowane w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters.
Więcej informacji:
- Ultracool Dwarf Binary Stars Break Records
- Discovery of the Exceptionally Short Period Ultracool Dwarf Binary LP 413-53AB
Źródło: Obserwatorium Kecka
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Najstarsza znana skrajnie chłodna para karłów, które krążą wokół siebie tak blisko, że okrążenie się nawzajem zajmuje im mniej niż jeden ziemski dzień. Źródło: Adam Burgasser/UC San Diego
