Verduisterende dubbelstersystemen komen relatief veel voor in ons heelal. Voor de gewone waarnemer zien deze systemen eruit als een enkele ster, maar zijn ze eigenlijk samengesteld uit twee sterren die dicht bij elkaar draaien. De studie van deze systemen biedt astronomen de mogelijkheid om direct de fundamentele eigenschappen (d.w.z. de massa's en radii) van de respectievelijke stellaire componenten van deze systemen te meten.
Onlangs observeerde een team van Braziliaanse astronomen een zeldzaam zicht in de Melkweg - een verduisterend binair getal bestaande uit een witte dwerg en een bruine dwerg met een lage massa. Nog ongebruikelijker was het feit dat de levenscyclus van de witte dwerg voortijdig leek te zijn afgebroken door zijn bruine dwerggezel, die zijn vroege dood veroorzaakte door langzaam materiaal af te hevelen en te "uithongeren".
Het onderzoek waarin hun bevindingen werden gedetailleerd, getiteld "HS 2231 + 2441: een HW Vir-systeem samengesteld uit een lichte witte dwerg en een bruine dwerg", werd onlangs gepubliceerd Maandelijkse aankondigingen van de Royal Astronomical Society. Het team stond onder leiding van Leonardo Andrade de Almeida, een postdoctorale fellow van het Institute of Astronomy, Geophysics and Atmospheric Sciences (IAG-USP) van de Universiteit van São Paolo, samen met leden van het National Institute for Space Research (MCTIC) en de Staatsuniversiteit van Feira de Santana.
Omwille van hun studie heeft het team tussen 2005 en 2013 observaties van een dubbelstersysteem uitgevoerd met behulp van het Pico dos Dias Observatorium in Brazilië. Deze gegevens werden vervolgens gecombineerd met informatie van de William Herschel-telescoop, die zich in het Observatorio del Roque de los Muchachos op het eiland La Palma bevindt. Dit systeem, bekend als HS 2231 + 2441, bestaat uit een witte dwergster en een bruine dwerggenoot.
Witte dwergen, de laatste fase van sterren met een gemiddelde of lage massa, zijn in wezen wat overblijft nadat een ster zijn waterstof- en heliumbrandstof heeft uitgeput en de buitenste lagen heeft weggeblazen. Een bruine dwerg daarentegen is een substellair object dat een massa heeft die het tussen dat van een ster en een planeet plaatst. Het vinden van een binair systeem dat bestaat uit beide objecten samen in hetzelfde systeem is iets dat astronomen niet elke dag zien.
Zoals Leonardo Andrade de Almeida uitlegde in een FAPESP-persbericht: “Dit type binaire massa is relatief zeldzaam. Tot nu toe zijn er maar een paar dozijn waargenomen. '
Dit specifieke binaire paar bestaat uit een witte dwerg die tussen de twintig en dertig procent van de massa van de zon is - 28.500 K (28.227 ° C; 50.840 ° F) - terwijl de bruine dwerg ongeveer 34-36 keer die van Jupiter is. Dit maakt HS 2231 + 2441 het tot nu toe bestudeerde binaire systeem met de minste massa.
In het verleden was de primaire (de witte dwerg) een normale ster die sneller evolueerde dan zijn metgezel omdat hij zwaarder was. Zodra het zijn waterstofbrandstof had uitgeput, vormde het een heliumverbrandende kern. Op dit punt was de ster op weg om een rode reus te worden, en dat is wat er gebeurt wanneer zonachtige sterren hun hoofdreeksfase verlaten. Dit zou worden gekenmerkt door een enorme uitbreiding, met een diameter van meer dan 150 miljoen km (93,2 miljoen mijl).
Op dit punt concludeerden Almeida en zijn collega's dat het zwaartekracht begon te interageren met zijn secundaire (de bruine dwerg). Ondertussen werd de bruine dwerg aangetrokken en overspoeld door de atmosfeer van de primaire (dat wil zeggen de omhulling), waardoor hij het orbitale impulsmoment verloor. Uiteindelijk overtrof de krachtige aantrekkingskracht de zwaartekracht en bleef de envelop verankerd aan zijn ster.
Toen dit eenmaal gebeurde, begonnen de buitenste lagen van de primaire ster te worden verwijderd, waardoor de heliumkern zichtbaar werd en enorme hoeveelheden materie naar de bruine dwerg werden gestuurd. Door dit massaverlies stierf het overblijfsel effectief en werd het een witte dwerg. De bruine dwerg begon toen om zijn witte primaire dwerg te cirkelen met een korte omlooptijd van slechts drie uur. Zoals Almeida uitlegde:
“Deze massaoverdracht van de zwaardere ster, het primaire object, naar zijn metgezel, het secundaire object, was buitengewoon gewelddadig en onstabiel, en het duurde niet lang ... Het secundaire object, dat nu een bruine dwerg is, moet heeft ook wat materie verworven toen het zijn envelop deelde met het primaire object, maar niet genoeg om een nieuwe ster te worden. ”
Deze situatie is vergelijkbaar met wat astronomen de afgelopen zomer opmerkten tijdens het bestuderen van het dubbelstersysteem dat bekend staat als WD 1202-024. Ook hier werd een bruine dwerggenoot ontdekt in een baan rond een witte dwergprim. Bovendien gaf het team dat verantwoordelijk was voor de ontdekking aan dat de bruine dwerg waarschijnlijk dichter naar de witte dwerg werd getrokken zodra deze de Red Giant Branch (RGB) -fase binnenging.
Op dit punt verwijderde de bruine dwerg de primaire van zijn atmosfeer, waardoor de kern van de witte dwergrest zichtbaar werd. Evenzo veroorzaakte de interactie van de primaire met een bruine dwerggenoot een voortijdige sterfte. Het feit dat twee van dergelijke ontdekkingen in korte tijd zijn gebeurd, is nogal toevallig. Gezien de leeftijd van het heelal (dat is ongeveer 13,8 miljard jaar oud), kunnen dode objecten alleen worden gevormd in binaire systemen.
Alleen al in de Melkweg bestaat ongeveer 50% van de sterren met een lage massa als onderdeel van een binair systeem, terwijl sterren met een hoge massa bijna uitsluitend bestaan in binaire paren. In deze gevallen zal ongeveer driekwart op de een of andere manier interactie hebben met een metgezel - massa uitwisselen, hun rotaties versnellen en uiteindelijk samensmelten.
Zoals Almeida aangaf, zou de studie van dit binaire systeem en dergelijke soortgelijke astronomen serieus kunnen helpen begrijpen hoe hete, compacte objecten zoals witte dwergen worden gevormd. "Binaire systemen bieden een directe manier om de belangrijkste parameter van een ster te meten, namelijk de massa", zei hij. "Daarom zijn binaire systemen cruciaal voor ons begrip van de levenscyclus van sterren."
Pas in de afgelopen jaren zijn witte dwergsterren met een lage massa ontdekt. Het vinden van binaire systemen waarbij ze naast bruine dwergen bestaan - in wezen mislukte sterren - is een andere zeldzaamheid. Maar met elke nieuwe ontdekking nemen de kansen om het scala aan mogelijkheden in ons universum te bestuderen toe.
