Kosmische 'spin' gevonden als bron van krachtige gammastralen

[univers]

Onderzocht door de SOAR-telescoop van NOIRLab, is het binaire systeem het eerste dat in de voorlaatste fase van zijn evolutie is gevonden


Artistieke impressie van een zich ontwikkelend binair systeem met witte dwerg (voorgrond) en milliseconde pulsar (achtergrond). Met behulp van de 4,1-meter SOAR-telescoop op Cerro Pachón in Chili, onderdeel van Cerro Tololo Inter-American Observatory, een programma van NSF's NOIRLab, hebben astronomen het eerste voorbeeld ontdekt van een binair systeem bestaande uit een evoluerende witte dwerg die in een baan om een ​​milliseconde pulsar draait, in waarbij de milliseconde pulsar zich in de laatste fase van het spin-up proces bevindt. De bron, oorspronkelijk gedetecteerd door de Fermi Space Telescope, is een "ontbrekende schakel" in de evolutie van dergelijke binaire systemen. Credit: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/ Spaceengine rkenning: M. Zamani (NSF's NOIRLab)

Met behulp van de 4,1-meter SOAR-telescoop in Chili hebben astronomen het eerste voorbeeld ontdekt van een dubbelstersysteem waarin een ster die bezig is een witte dwerg te worden, in een baan rond een neutronenster draait die net is veranderd in een snel draaiende pulsar. Het paar, oorspronkelijk gedetecteerd door de Fermi Gamma-ray Space Telescope, is een "ontbrekende schakel" in de evolutie van dergelijke binaire systemen.

Een heldere, mysterieuze bron van gammastraling blijkt een snel ronddraaiende neutronenster te zijn - een millisecondepulsar genoemd - die in een baan rond een ster draait die zich aan het ontwikkelen is tot een extreem lage massa witte dwerg. Dit soort binaire systemen worden door astronomen "spinnen" genoemd omdat de pulsar de neiging heeft om de buitenste delen van de begeleidende ster te "eten" wanneer deze in een witte dwerg verandert.

Het duo werd gedetecteerd door astronomen met behulp van de 4,1-meter SOAR-telescoop op Cerro Pachón in Chili, onderdeel van Cerro Tololo Inter-American Observatory ( CTIO ), een programma van NSF 's NOIRLab .

NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope catalogiseert sinds de lancering in 2008 objecten in het heelal die overvloedige gammastraling produceren, maar niet alle bronnen van gammastraling die hij detecteert, zijn geclassificeerd. Eén zo'n bron, door astronomen 4FGL J1120.0-2204 genoemd, was de op een na helderste bron van gammastraling aan de hele hemel die tot nu toe ongeïdentificeerd was gebleven.

Astronomen uit de Verenigde Staten en Canada, onder leiding van Samuel Swihart van het US Naval Research Laboratory in Washington, DC, gebruikten de Goodman Spectrograph op de SOAR Telescope om de ware identiteit van 4FGL J1120.0-2204 te bepalen. Van de gammastralingsbron, die ook röntgenstraling uitzendt, zoals waargenomen door NASA's Swift en ESA's XMM-Newton ruimtetelescopen, is aangetoond dat het een binair systeem is dat bestaat uit een "milliseconde pulsar" die honderden keren per seconde ronddraait, en de voorloper van een extreem lage massa witte dwerg. Het paar bevindt zich op meer dan 2600 lichtjaar afstand.


Met behulp van de 4,1-meter SOAR-telescoop in Chili hebben astronomen het eerste voorbeeld ontdekt van een dubbelstersysteem waarin een ster die bezig is een witte dwerg te worden, in een baan rond een neutronenster draait die net is veranderd in een snel draaiende pulsar. Het paar, oorspronkelijk gedetecteerd door de Fermi Gamma-ray Space Telescope, is een "ontbrekende schakel" in de evolutie van dergelijke binaire systemen. Credit:Afbeeldingen en video's: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/ Spaceengine /CTIO/SOAR/JP Burgos/NASA's Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA/GESTAR)/Caltech/IPAC
Dankbetuiging: M. Zamani (NSF's NOIRLab)

" De tijd die Michigan State University besteedde aan de SOAR-telescoop, de locatie op het zuidelijk halfrond en de precisie en stabiliteit van de Goodman-spectrograaf, waren allemaal belangrijke aspecten van deze ontdekking ", zegt Swihart.

" Dit is een goed voorbeeld van hoe middelgrote telescopen in het algemeen, en SOAR in het bijzonder, kunnen worden gebruikt om ongebruikelijke ontdekkingen te helpen karakteriseren die zijn gedaan met andere grond- en ruimtefaciliteiten", merkt Chris Davis op, NOIRLab-programmadirecteur bij US National Science Fundament. " We verwachten dat SOAR het komende decennium een ​​cruciale rol zal spelen in de follow-up van vele andere tijdvariabele en multi-messenger bronnen ."

Het optische spectrum van het binaire systeem gemeten door de Goodman-spectrograaf toonde aan dat het licht van de proto-witte dwerg metgezel Doppler - verschoven is - afwisselend verschoven naar rood en blauw - wat aangeeft dat het elke 15 uur om een ​​compacte, massieve neutronenster draait.

" De spectra stelden ons ook in staat om de geschatte temperatuur en oppervlaktezwaartekracht van de begeleidende ster te beperken ", zegt Swihart, wiens team deze eigenschappen kon nemen en toepassen op modellen die beschrijven hoe dubbelstersystemen evolueren. Hierdoor konden ze vaststellen dat de metgezel de voorloper is van een extreem lage massa witte dwerg, met een oppervlaktetemperatuur van 8200 ° C (15.000 ° F) en een massa van slechts 17% die van de zon.

Wanneer een ster met een massa die vergelijkbaar is met die van de zon of minder het einde van zijn leven bereikt, zal de waterstof die wordt gebruikt om de kernfusieprocessen in zijn kern van brandstof te voorzien, opraken. Een tijdlang neemt helium het over en drijft de ster aan, waardoor hij samentrekt en opwarmt, en zijn expansie en evolutie in gang zet tot een rode reus die honderden miljoenen kilometers groot is. Uiteindelijk kunnen de buitenste lagen van deze gezwollen ster op een dubbelster worden geaccentueerd en de kernfusie stopt, waardoor een witte dwerg ter grootte van de aarde achterblijft en sissend bij temperaturen van meer dan 100.000 ° C (180.000 ° F).

De proto-witte dwerg in het 4FGL J1120.0-2204-systeem is nog niet klaar met evolueren. " Momenteel is het opgeblazen en ongeveer vijf keer groter in straal dan normale witte dwergen met vergelijkbare massa's ", zegt Swihart. " Het zal blijven afkoelen en samentrekken en over ongeveer twee miljard jaar zal het er identiek uitzien als veel van de extreem lage massa witte dwergen die we al kennen. ”

Milliseconde pulsars draaien honderden keren per seconde rond. Ze worden gesponnen door materie van een metgezel te verzamelen, in dit geval van de ster die de witte dwerg werd. De meeste pulsars van milliseconden zenden gammastraling en röntgenstraling uit, vaak wanneer de pulsarwind, een stroom van geladen deeltjes die afkomstig is van de roterende neutronenster, botst met materiaal dat wordt uitgezonden door een begeleidende ster.

Er zijn ongeveer 80 witte dwergen met een extreem lage massa bekend, maar "dit is de eerste voorloper van een gevonden witte dwerg met een extreem lage massa die waarschijnlijk om een ​​neutronenster draait", zegt Swihart. Bijgevolg is 4FGL J1120.0-2204 een unieke kijk op het staartje van dit spin-upproces. Alle andere witte-dwerg-pulsar-dubbelsterren die zijn ontdekt, zijn ver voorbij het stadium van spin-up.

" Follow-up spectroscopie met de SOAR-telescoop, gericht op niet-geassocieerde Fermi-gammastralingsbronnen, stelde ons in staat om te zien dat de metgezel ergens in een baan ronddraaide ", zegt Swihart. “ Zonder die observaties hadden we dit opwindende systeem niet gevonden. ”

https://noirlab.edu/public/news/noirlab2202/