En bild från Digitalized Sky Survey som visar HS Hydra i mitten. Kredit:Space Telescope Science Institute
Solen är den enda stjärnan i vårt system. Men många av ljuspunkterna på vår natthimmel är inte lika ensamma. Enligt vissa uppskattningar, mer än tre fjärdedelar av alla stjärnor existerar som binärer – med en följeslagare – eller i ännu mer komplexa relationer. Stjärnor på nära håll kan ha dramatiska effekter på sina grannar. De kan ta bort material från varandra, smälter samman eller vrider varandras rörelser genom kosmos.
Och ibland utspelar sig dessa förändringar under loppet av några generationer.
Det är vad ett team av astronomer från University of Washington, Western Washington University och University of California, Irvine upptäckte när de analyserade mer än 125 år av astronomiska observationer av en närliggande stjärnbinär som heter HS Hydra. Det här systemet är vad som kallas en förmörkande binär:Från jorden, de två stjärnorna ser ut att passera över varandra – eller förmörka varandra – när de kretsar runt en delad tyngdpunkt. Förmörkelserna gör att mängden ljus som emitteras av binären dämpas periodiskt.
Den 11 januari vid det 237:e mötet i American Astronomical Society, teamet rapporterade mer än ett sekels förändringar av förmörkelserna av stjärnorna i HS Hydra. De två stjärnorna började förmörka i små mängder från och med ett sekel sedan, ökade till nästan fulla förmörkelser på 1960-talet. Graden av förmörkelse sjönk sedan under loppet av bara ett halvt sekel, och kommer att upphöra runt februari 2021.
"Det finns ett historiskt register över observationer av HS Hydra som i huvudsak sträcker sig över modern astronomi – från och med fotografiska plattor i slutet av 1800-talet upp till satellitbilder tagna 2019. Genom att dyka in i dessa register, vi dokumenterade den fullständiga uppgången och fallet för denna sällsynta typ av förmörkande binär, " sa teamledaren James Davenport, en forskningsassistent professor i astronomi vid UW och biträdande direktör för UW:s DIRAC Institute.
Bild på en fotografisk platta från 1945, som digitaliserades för Digital Access to a Sky Century vid Harvard, eller DASCH, katalog. Kredit:DASCH/Harvard University
Förmörkelserna av de två stjärnorna som utgör HS Hydra förändras eftersom en annan kropp - troligen en tredje, oobserverad följeslagningsstjärna – vänder orienteringen av binären i förhållande till jorden. System som detta, som kallas evolving eclipsing binärer, är sällsynta, med bara ett dussin kända hittills, enligt Davenport. Att identifiera denna typ av binärt kräver flera observationer för att leta efter långsiktiga förändringar i graden av dämpning, vilket skulle indikera att orienteringen av binären förändras över tiden.
HS Hydra har ett sådant observationsrekord eftersom, på 342 ljusår bort, det är ett relativt nära och ljust system och de två stjärnorna kretsar runt varandra var 1,5 dag. Forskare rapporterade först att HS Hydra var en förmörkande binär 1965. I en tidning från 2012, astronomer baserade i Schweiz och Tjeckien rapporterade att mängden dimning från HS Hydra minskade från 1975 till 2008, vilket indikerar att de två stjärnorna förmörkade mindre och mindre delar av varandra med tiden. Det laget förutspådde också att förmörkelserna skulle sluta runt 2022.
Davenport och hans team checkade in på HS Hydra med observationer av systemet 2019 av NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite, eller TESS. De såg bara en 0,0075-magnitude minskning i ljus från HS Hydra, ett tecken på att de två stjärnorna knappt täckte varandra under förmörkelser. För jämförelse, Förmörkelserna 1975 såg ett fall med mer än 0,5 magnitud.
"Femtio år sedan, dessa två stjärnor nästan helt förmörkade varandra. I början av 2000-talet, graden av förmörkelse var cirka 10 %, och i de senaste observationerna från 2019, de överlappade knappt, sa Davenport.
Med dessa nya uppgifter, teamet förutspår nu att HS Hydra-förmörkelser kommer att upphöra runt februari 2021.
Bild av en astronomisk loggbok från 1945. Dessa observationer är nu en del av Digital Access to a Sky Century vid Harvard, eller DASCH, katalog. Kredit:DASCH/Harvard University
Observationerna från 1960-talet till 2019 katalogiserar nedgången av HS Hydra som en förmörkande binär under utveckling. Men Davenport och hans team upptäckte också bevis för dess uppgång. The Digital Access to a Sky Century vid Harvard, eller DASCH, är en digital katalog över fotometriska data hämtade från mer än ett sekels värde av astrofotografiska plattor vid Harvard University. Teamet bröt denna post och hittade observationer av HS Hydra från 1893 till 1955 som de kunde analysera för att söka efter tecken på nedtoning.
Forskarna bröt ner DASCH-observationer av HS Hydra efter decennium. Från slutet av 1800-talet till det rytande 20-talet, HS Hydra visade ingen mätbar dämpning. Men saker och ting började förändras på 1930-talet, där de mätte ett blygsamt 0,1-magnitudefall i ljusstyrka. Graden av nedbländning steg under 1940-talet och nådde en topp på 1950-talet med en 0,5-magnitud minskning av ljusstyrkan.
Baserat på denna 126-åriga historia av HS Hydra-observationer, the team predicts that the system will start eclipsing again around the year 2195. But, that assumes that the third companion—which other teams have predicted is a small, dim M-dwarf star—continues to behave as it has to date.
"We won't know for sure unless we keep looking, " said Davenport. "The best we can say right now is that HS Hydra has been changing constantly over the course of modern astronomy."
Missions like TESS will likely identify more evolving eclipsing binaries in the coming years. This should open new opportunities for astronomers to understand how star systems are built, as well as how they change over time—whether they are busy, dynamic systems like HS Hydra, or more quiet systems, like ours.
