Astronomen, die die Teleskope Gemini North und Keck II verwenden, haben in ein gewalttätiges Doppelsternsystem geschaut und festgestellt, dass einer der interagierenden Sterne so viel Masse an seinen Partner verloren hat, dass er zu einem seltsamen, inerten Körper zurückgegangen ist, der keinem bekannten Sterntyp ähnelt.
Der tote Stern ist nicht in der Lage, die Kernfusion im Kern aufrechtzuerhalten und ist seit Millionen von Jahren mit seinem viel energischeren Partner der Weißen Zwerge in die Umlaufbahn geraten. Er ist im Wesentlichen ein neuer, unbestimmter Typ eines Sternobjekts.
"Wie die klassische Linie über den geschädigten Partner in einer romantischen Beziehung gab und gab der kleinere Spenderstern und gab und gab noch mehr, bis er nichts mehr zu geben hatte", sagt Steve B. Howell, Astronom bei Wisconsin-Indiana-Yale -NOAO (WIYN) Teleskop und das National Optical Astronomy Observatory, Tucson, AZ. „Jetzt hat der Spenderstern eine Sackgasse erreicht - er ist viel zu massiv, um als Superplanet betrachtet zu werden, seine Zusammensetzung entspricht nicht den bekannten Braunen Zwergen und seine Masse ist viel zu gering, um ein Stern zu sein. Es gibt keine echte Kategorie für ein Objekt in einer solchen Schwebe. "
Das binäre System, bekannt als EF Eridanus (abgekürzt EF Eri), befindet sich 300 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Eridanus. EF Eri besteht aus einem schwachen weißen Zwergstern mit etwa 60 Prozent der Sonnenmasse und einem Spenderobjekt unbekannten Typs, dessen geschätzte Masse nur 1/20 einer Sonnenmasse beträgt.
Howell und Thomas E. Harrison von der New Mexico State University führten im Dezember hochpräzise Infrarotmessungen des Doppelsternsystems mit den spektrographischen Fähigkeiten des Nahinfrarot-Imagers (NIRI) am Gemini-Nord-Teleskop und von NIRSPEC am Keck II an Mauna Kea durch 2002 bzw. September 2003. Unterstützende Beobachtungen wurden mit dem 2,1-Meter-Teleskop am Kitt Peak National Observatory in der Nähe von Tucson im September 2002 gemacht.
EF Eri ist eine Art binäres Sternensystem, das als magnetische kataklysmische Variablen bekannt ist. Diese Klasse von Systemen kann viel mehr dieser „toten“ Objekte produzieren, als Wissenschaftler erkannt haben, sagt Harrison, Mitautor eines Papiers über die Entdeckung, das in der Ausgabe des Astrophysical Journal vom 20. Oktober veröffentlicht werden soll. "Diese Arten von Systemen werden im Allgemeinen nicht in den üblichen Volkszählungszahlen von Sternensystemen in einer typischen Galaxie berücksichtigt", sagt Harrison. "Sie sollten auf jeden Fall genauer betrachtet werden."
Der Weiße Zwerg in EF Eri ist ein komprimierter, ausgebrannter Überrest eines solaren Sterns, der jetzt ungefähr den gleichen Durchmesser wie die Erde hat, obwohl er immer noch reichlich sichtbares Licht emittiert. Howell und Harrison beobachteten EF Eri im Infrarot, da das Infrarotlicht des Paares natürlich von Wärme und längerwelligen Emissionen des Sekundärobjekts dominiert wird.
Die wissenschaftliche Detektivarbeit zur Ableitung der Komponenten dieses binären Systems wurde durch die Zyklotronstrahlung, die als freie Elektronen emittiert wird, die die starken Magnetfeldlinien des Weißen Zwergs hinunterlaufen, erheblich erschwert. Das Magnetfeld des Weißen Zwergs ist etwa 14 Millionen Mal so stark wie das der Sonne. Die resultierende Zyklotronstrahlung wird hauptsächlich im infraroten Teil des Spektrums emittiert.
„Bei unserer ersten Spektroskopie von EF Eri haben wir festgestellt, dass einige Teile des Infrarot-Kontinuumslichts für einen bestimmten Zeitraum etwa 2-3 Mal heller wurden und dann verschwanden. Diese Aufhellung wiederholte sich in jeder Umlaufbahn und musste daher einen Ursprung innerhalb der Binärdatei haben “, erklärt Howell. „Wir dachten zuerst, dass die Helligkeitsänderung auf den Unterschied zwischen einer beheizten und einer kühleren Seite des Donorobjekts zurückzuführen ist, aber weitere Beobachtungen mit Gemini und Keck deuteten stattdessen auf Zyklotronstrahlung hin. Wir sehen diese zusätzliche Infrarotkomponente in den Phasen, die auftreten, wenn die Strahlung in unsere Richtung gestrahlt wird, und wir sehen sie nicht, wenn die Strahlung in andere Richtungen zeigt. “
Die 81-minütige Umlaufzeit der beiden Objekte betrug wahrscheinlich vier oder fünf Stunden, als der Stoffübergang vor etwa fünf Milliarden Jahren begann. Ursprünglich war das sekundäre Objekt möglicherweise auch ähnlich groß wie die Sonne, mit vielleicht 50 bis 100 Prozent einer Sonnenmasse.
„Wenn dieser interaktive Prozess des Stofftransfers vom Sekundärstern zum Weißen Zwerg beginnt und warum er aufhört, bleiben uns beide unbekannt“, sagt Howell. Während dieses Prozesses waren wiederholte Ausbrüche und Novae-Explosionen sehr wahrscheinlich. Die Physik des Prozesses führte auch dazu, dass sich die beiden Objekte näher kamen. Heute umkreisen sich die beiden Objekte ungefähr im gleichen Abstand wie die Entfernung von der Erde zum Mond. Das Spenderobjekt hat sich zu einem Körper mit einem Durchmesser zurückgebildet, der ungefähr dem Planeten Jupiter entspricht.
Die kombinierte Beobachtungsleistung der Gemini 8-Meter- und Keck 10-Meter-Teleskope und ihrer großen Primärspiegel, die für diese Forschung wesentlich waren, macht laut Howell deutlich, dass weder die spektralen Merkmale des Spenders noch seine Zusammensetzung mit einem bekannten Typ übereinstimmen Brauner Zwerg oder Planet.
Die Derek Homeier University of Georgia hat eine Reihe von Computermodellen entwickelt, die versuchen, die Bedingungen bei EF Eri nachzubilden, aber selbst die besten davon passen nicht perfekt zusammen.
Die Form der Spektren zeigt ein sehr kühles Objekt an (etwa 1.700 Grad Kelvin, was einem kühlen Braunen Zwerg entspricht), sie haben jedoch nicht die gleiche detaillierte Form oder Schlüsselmerkmale wie die Spektren der Braunen Zwerge. Die kühlsten normalen Sterne (Sterne vom Typ M mit sehr geringer Masse) haben eine Temperatur von etwa 2.500 Grad K und der Jupiter eine Temperatur von 124 Grad K. Die von anderen Astronomen indirekt anhand ihres Gravitationseffekts auf ihre Elternsterne detektierten „heißen Jupiter“ -Exoplaneten werden geschätzt 1.000-1.600 Grad K sein.
Es besteht eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass das EF Eri-System ursprünglich aus dem Vorfahren des heutigen Sterns der Weißen Zwerge und einer Art „Superplaneten“ bestand, der die Entwicklung des Weißen Zwergs überlebte und zu dem jetzt beobachteten System führte. Dies wird jedoch als unwahrscheinlich angesehen.
"Es gibt ungefähr 15 andere bekannte Binärsysteme, die EF Eri ähneln könnten, aber keines wurde genug untersucht, um es zu sagen", sagt Howell. "Wir arbeiten gerade an einigen davon und versuchen, unsere Modelle zu verbessern, um sie besser an die Infrarotspektren anzupassen."
Mitautoren dieses Papiers über EF Eri sind Paula Szkody von der University of Washington in Seattle sowie Joni Johnson und Heather Osborne vom Staat New Mexico.
Das WIYN 3,5-Meter-Teleskop befindet sich am Kitt Peak National Observatory, 55 Meilen südwestlich von Tucson, AZ. Das Kitt Peak National Observatory ist Teil des National Optical Astronomy Observatory, das von der Vereinigung der Universitäten für astronomische Forschung (AURA), Inc. im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung mit der National Science Foundation (NSF) betrieben wird.
Zu den nationalen Forschungsagenturen, die die Partnerschaft mit dem Gemini Observatory bilden, gehören: die US National Science Foundation (NSF), der britische Forschungsrat für Teilchenphysik und Astronomie (PPARC), der kanadische nationale Forschungsrat (NRC) und die chilenische Comisi? N Nacional de Investigaci ? n Cientifica y Tecnol? gica (CONICYT), der Australian Research Council (ARC), der argentinische Consejo Nacional de Investigaciones Cient? Ficas y T? cnicas (CONICET) und der brasilianische Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient? fico e Tecnol? gico ( CNPq). Das Observatorium wird von AURA im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung mit der NSF verwaltet.
Die W.M. Das Keck Observatory wird von der California Association for Research in Astronomy (CARA) betrieben, einer wissenschaftlichen Partnerschaft des California Institute of Technology, der University of California und der National Aeronautics and Space Administration.
Originalquelle: Gemini-Pressemitteilung
