Binary Star Systems ก่อตัวอย่างไร? ในที่สุดนักดาราศาสตร์ก็ไขปริศนาได้

การระเบิดของซุปเปอร์โนวาที่น่าตื่นเต้นซึ่งสว่างกว่าดวงอาทิตย์ของเรามากกว่าพันล้านเท่านับเป็นจุดกำเนิดของดาวนิวตรอนที่โคจรรอบดาวฤกษ์ที่ร้อนและหนาแน่น ตอนนี้เศษซากที่หนาแน่นทั้งสองนี้ถูกกำหนดให้หมุนวนเข้าหากันในเวลาประมาณหนึ่งพันล้านปีในที่สุดก็รวมตัวกันและยอมให้ธาตุที่รู้จักมากที่สุดในเอกภพ

การระเบิดเกิดขึ้นในกาแลคซีคล้ายกับทางช้างเผือกของเราซึ่งอยู่ห่างออกไป 920 ล้านปีแสง กล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กที่หอดูดาว Palomar ในแคลิฟอร์เนียตรวจพบโฟตอนแรกจากซุปเปอร์โนวา - ชื่อ“ iPTF 14gqr” - เพียงไม่กี่ชั่วโมงหลังจากการระเบิดเมื่อมันร้อนกว่าพื้นผิวดวงอาทิตย์มากกว่า 10 เท่า เมื่อความสว่างของซูเปอร์โนวาวิวัฒนาการในช่วงสองสัปดาห์ถัดไปทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติใช้ข้อมูลเพื่อติดตามจุดกำเนิดของการระเบิดไปยังดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ที่มีรัศมี 500 เท่าของดวงอาทิตย์

แต่มันไม่ได้เป็นเพียงแค่ดาวขนาดยักษ์ที่ทำให้การค้นพบนี้น่าจดจำเป็นพิเศษ สิ่งที่ผิดปกติคือดาวนั้นดูจะเบาที่สุดในบรรดาดาวยักษ์ที่ระเบิดได้ทั้งหมด ดาวมวลสูงดวงนี้ถูกมวลของมวลเกือบทั้งหมดถูกคุกคามโดยคู่หูที่โคจรรอบหนาแน่น เมื่อมันระเบิดมันจะทิ้งไว้ข้างหลังดาวนิวตรอนทารกแรกเกิดที่ยังคงโคจรรอบดาวข้างเคียง

การทำความเข้าใจการก่อตัวของระบบดาวคู่ซึ่งดาวฤกษ์ที่หนาแน่นสองดวงโคจรรอบกันและกันเป็นปริศนา ซุปเปอร์โนวาที่หายวับไปเหล่านี้ซึ่งให้ระบบดาวคู่หนาแน่นเหล่านี้มีทั้งหายากและหายากเพราะมันปรากฏตัวและหายไปอย่างรวดเร็วบนท้องฟ้า - เร็วกว่าซูเปอร์โนวาทั่วไปประมาณห้าเท่า

การสำรวจครั้งแรกของซูเปอร์โนวาที่“ โดดเด่นเป็นพิเศษ” ซึ่งเพื่อนร่วมงานของฉันและฉันได้ลงรายละเอียดในการศึกษาใหม่ไม่เพียง แต่ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการก่อตัวของระบบเหล่านี้ แต่ยังเผยขั้นสุดท้ายในชีวิตของดาวมวลสูง ปล้นทรัพย์ทั้งหมดก่อนที่จะตาย

การแก้ปริศนาอันยาวนาน

ดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าแปดเท่าดวงอาทิตย์จะหมดเชื้อเพลิงอย่างรวดเร็วและยอมจำนนต่อแรงโน้มถ่วงเมื่อสิ้นสุดชีวิตของพวกเขา - ยุบตัวลงและระเบิดในซูเปอร์โนวา เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นชั้นนอกของดาวทั้งหมด - ไม่กี่เท่ามวลดวงอาทิตย์ - กระจัดกระจาย

เมื่อฉันเริ่มทำงานกับที่ปรึกษา Mansi Kasliwal ในฐานะนักศึกษาปริญญาโทคนใหม่ฉันตัดสินใจเรียนซูเปอร์โนวาที่จางหายไปอย่างรวดเร็ว การขุดฐานข้อมูลของเหตุการณ์ที่ค้นพบโดย iPTF ฉันเจอ iPTF 14gqr ซึ่งเป็นซูเปอร์โนวาที่ซีดจางอย่างรวดเร็วซึ่งถูกค้นพบเมื่อกว่าหนึ่งปีก่อน แต่ลักษณะทางกายภาพที่แท้จริงยังคงลึกลับอยู่

ข้อมูลนั้นน่าสงสัยเพราะแบบจำลองเบื้องต้นของเราบอกว่าซูเปอร์โนวานี้เกิดจากการตายของดาวมวลสูงยักษ์ แต่การระเบิดในตัวมันเองนั้นค่อนข้างน่ากลัว มันพุ่งออกมาเพียงหนึ่งในห้าของมวลดวงอาทิตย์ในขณะที่พลังงานของมันเป็นเพียงหนึ่งในสิบของซุปเปอร์โนวาทั่วไป สสารและพลังงานที่หายไปทั้งหมดอยู่ที่ไหน

เบาะแสระบุว่าดาวที่ระเบิดจะต้องถูกถอดออกจากมวลดั้งเดิมเกือบทั้งหมดก่อนการระเบิด แต่สิ่งที่อาจขโมยของจากดาวยักษ์นี้ไปได้เยอะ บางทีอาจจะเป็นสหายไบนารีที่มองไม่เห็น?

ฉันเริ่มอ่านเกี่ยวกับสถานการณ์ดาวคู่ไบนารีที่หายากเมื่อแรกที่ฉันพบความคิดของ "ซูเปอร์โนวาปล้นพิเศษ"

ซูเปอร์โนวาที่ปิดสนิท

เมื่อดาวมวลสูงมีดาวคู่ที่หนาแน่นและใกล้เคียงกันแรงดึงโน้มถ่วงอันรุนแรงของสหายสามารถปล้นเพื่อนบ้านที่น่าสงสัยของมวลเกือบทั้งหมดของมันก่อนที่มันจะระเบิด - ดังนั้นคำว่า“ อัลตร้า - ปล้น”

ซูเปอร์โนวาที่กระจัดกระจายไปทิ้งไว้ข้างหลังดาวนิวตรอนซึ่งเป็นศพของดาวฤกษ์หนาแน่นที่หมุนรอบตัวเร็วซึ่งบรรจุมวลของดวงอาทิตย์หนากว่ามวลดวงอาทิตย์ที่อัดแน่นในภูมิภาคลอสแองเจลิส ดาวนิวตรอนดวงนี้ติดอยู่ในวงโคจรรอบตัวมัน สหายอาจเป็นดาวนิวตรอนอีกดวงหรืออาจเป็นดาวแคระขาวหรือหลุมดำที่ก่อตัวจากดาวมวลสูงที่เสียชีวิตไปหลายล้านปีก่อนดาวข้างเคียง

ระบบเลขฐานสองดังกล่าวเป็นสนามสำคัญของการตรวจสอบทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์มานานหลายทศวรรษ เราได้สังเกตระบบดังกล่าวโดยตรงในกาแลคซีของเราด้วยกล้องโทรทรรศน์ออปติคัลและวิทยุ การตรวจจับทางอ้อมครั้งแรกของคลื่นความโน้มถ่วงมาจากการสำรวจระบบดาวนิวตรอนคู่ เมื่อไม่นานมานี้การรวมตัวครั้งแรกของระบบดาวนิวตรอนสองดวงถูกตรวจพบโดย LIGO ขั้นสูงและในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในปี 2560 ทำให้นักดาราศาสตร์ได้เข้าใจอย่างลึกซึ้งถึงการทำงานของแรงโน้มถ่วงและต้นกำเนิดของธาตุหนักในจักรวาล

ถึงกระนั้นมันก็ยังคงเป็นปริศนาอันยาวนานที่ก่อตัวเป็นดาวคู่ เรารู้ว่าดาวนิวตรอนก่อตัวขึ้นในการระเบิดของซุปเปอร์โนวา แต่เพื่อให้ได้ดาวนิวตรอนไบนารีคุณต้องมีดาวคู่ขนาดใหญ่สองดวงเพื่อเริ่มต้น อย่างไรก็ตามมันต้องการความสมดุลที่แม่นยำของกองกำลังเพื่อให้แน่ใจว่าดาวนิวตรอนไบนารียังคงเสถียรพอที่จะรอดจากการระเบิดรุนแรงสองครั้งที่สร้างระบบ

มีหลักฐานทางอ้อมหลายเส้นชี้ให้เห็นว่าพวกมันก่อตัวขึ้นในชั้นที่หายากมากจากการระเบิดของซูเปอร์โนวาที่ปล้นได้ยาก แต่การระเบิดเล็กน้อยเหล่านี้ได้หลบหนีการตรวจจับโดยตรงไปแล้ว หลักฐานเชิงสังเกตการณ์แรกสำหรับซุปเปอร์โนวาที่ถูกปล้นเป็นพิเศษนี้เปิดโอกาสในการทำความเข้าใจการก่อตัวของระบบดาวคู่นิวตรอนที่แน่น

การสแกนสวรรค์เพื่อการระเบิดของทารก

ซูเปอร์โนวาของเราถูกพบในระหว่างการสำรวจ Palomar Transient Factory (iPTF) ระดับกลาง การสำรวจ iPTF แบบอัตโนมัตินั้นใช้กล้องขนาดใหญ่ที่ติดตั้งบนกล้องโทรทรรศน์ขนาด 1 เมตรเพื่อถ่ายภาพท้องฟ้าทุกคืนและสแกนหา "ดวงดาวใหม่" ลำดับความสำคัญในการค้นหาคือการค้นหาซุปเปอร์โนวาเด็กทารกและระบุจุดกำเนิด

เมื่อใดก็ตามที่พบดาวดวงใหม่หุ่นยนต์สำรวจจะเตือนนักดาราศาสตร์ที่ปฏิบัติหน้าที่ทันทีซึ่งอยู่ในเขตเวลาที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงเพื่อติดตาม กลยุทธ์นี้ร่วมกับเครือข่ายทั่วโลกของกล้องโทรทรรศน์ทำให้เราได้เห็นดวงดาวที่กำลังระเบิดอยู่หลายดวงและเข้าใจสิ่งที่พวกเขาดูเหมือนก่อนที่พวกมันจะระเบิด ในความเป็นจริงการหาช่วงเวลาของซูเปอร์โนวาที่ปล้นได้ยากหลังจากการระเบิดเป็นเรื่องบังเอิญที่โชคดี!

เหตุการณ์เดียวนี้ทำให้เรามีความเข้าใจครั้งแรกเกี่ยวกับมวลและพลังงานที่ปล่อยออกมาจากการระเบิดวงจรชีวิตของดาวมวลสูงและการก่อตัวของดาวคู่ ยังมีอีกมากที่ต้องเรียนรู้จากตัวอย่างกิจกรรมขนาดใหญ่เหล่านี้

ด้วย Zwicky Transient Facilty - ทายาทของ iPTF ที่สามารถสแกนท้องฟ้าได้เร็วขึ้น 10 เท่า - และเครือข่ายกล้องทั่วโลกชื่อ GROWTH เราหวังว่าจะได้เห็นการระเบิดที่กระจัดกระจายมากขึ้นเริ่มต้นตอนใหม่ในการทำความเข้าใจระบบดาวที่เป็นเอกลักษณ์เหล่านี้.

บทความนี้ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกใน The Conversation โดย Kishalay De อ่านบทความต้นฉบับที่นี่