Förutom solo-stjärnor som solen, universum innehåller binära system som består av två massiva stjärnor som interagerar med varandra. I många binärer, de två stjärnorna är tillräckligt nära för att utbyta materia och kan till och med smälta samman, producerar en enda högmassstjärna som snurrar i hög hastighet.
Tills nu, antalet kända binära filer med hög massa har varit mycket litet, i princip begränsad till de som identifieras i vår galax, Vintergatan.
En internationell grupp av astronomer ledd av forskare vid University of São Paulo Institute of Astronomy, Geofysik och atmosfärsvetenskap (IAG-USP) i Brasilien, har just utökat listan över genom att identifiera och karakterisera 82 nya binärer med hög massa som finns i Tarantelnebulosan, även känd som 30 Doradus, i det stora magellanska molnet. LMC är en satellitgalax i Vintergatan och är cirka 160, 000 ljusår från jorden.
Resultaten av studien beskrivs i en artikel publicerad i tidskriften Astronomi &Astrofysik .
"Genom att identifiera och karakterisera dessa 82 högmass binära filer, vi har mer än fördubblat antalet av dessa objekt, och i en helt ny region med helt andra förhållanden än de som finns i Vintergatan, sa Leonardo Andrade de Almeida, en postdoktor vid IAG-USP och första författare till studien.
I forskning övervakad av Augusto Damineli Neto, professor vid IAG och medförfattare till artikeln, Almeida analyserade data som erhölls under VLT-FLAMES Tarantula Survey och Tarantula Massive Binary Monitoring-observationskampanjer utförda av European Southern Observatory (ESO) från 2011.
Använder FLAMES/GIRAFFE, en spektrograf kopplad till ESO:s Very Large Telescope (VLT), som har fyra 8m primära speglar och verkar i Chiles Atacamaöknen, observationskampanjerna samlade in spektraldata för över 800 högmassobjekt i regionen Tarantelnebulosan, så namnet eftersom dess glödande filament liknar spindelben.
Av dessa totalt 800 observerade objekt, astronomerna som arbetade med de två undersökningarna identifierade 100 kandidatbinärer av spektraltyp O (mycket heta och massiva) i ett urval av 360 stjärnor baserat på parametrar som amplituden av variationer i deras radiella hastighet (rörelsehastigheten bort från eller mot en observatör).
De senaste två åren, Almeida har samarbetat med kollegor i andra länder i en analys av dessa 100 kandidater för högmassbinärer med hjälp av FLAMES/GIRAFFE-spektrografen och har lyckats karakterisera 82 av dem fullständigt.
"Detta representerar den största undersökningen och spektroskopiska karakteriseringen av massiva binära system varje utförd, " sa han. "Det var bara möjligt tack vare de tekniska kapaciteterna hos FLAMES/GIRAFFE-spektrografen."
Det vetenskapliga instrument som utvecklats av ESO kan erhålla spektra för ett antal objekt samtidigt, och svagare objekt kan observeras eftersom spektrografen är kopplad till VLT, som har stora speglar och fångar mer ljus, Almeida förklarade.
"Vi kan samla 136 spektra i en enda observation med FLAMES/GIRAFFE, ", sa han. "Inget liknande kunde göras tidigare. Våra instrument kunde bara observera enskilda föremål och det tog mycket längre tid att karakterisera dem."
Spektroskopisk analys av de 82 binärerna visade att egenskaper som massförhållande, omloppsperiod (tiden det tar att slutföra en omloppsbana) och omloppsexcentricitet (mängden med vilken omloppsbanan avviker från en perfekt cirkel) var mycket lika de som observerades i Vintergatan.
Detta var oväntat eftersom LMC förkroppsligar en fas av universum före Vintergatan, när det största antalet stjärnor med hög massa bildades. Av denna anledning, dess metallicitet - andelen av dess materia som består av andra kemiska grundämnen än urväte och helium - är bara hälften av de binärer som finns i Vintergatan, vars metallicitet ligger mycket nära solens.
"I början av universum, stjärnor var metallfattiga men kemisk utveckling ökade deras metallicitet, sa Almeida.
Denna analys av binärer i LMC, han lade till, ger de första direkta begränsningarna för egenskaperna hos massiva binärer i galaxer vars stjärnor bildades i det tidiga universum och har LMC:s metallicitet.
"Upptäcktena som gjordes under studien kan ge bättre mätningar för användning i mer realistiska simuleringar av hur högmassstjärnor utvecklades i universums olika faser. Om så är fallet, vi kommer att kunna få mer exakta uppskattningar av hastigheten med vilken svarta hål, neutronstjärnor och supernovor bildades i varje fas, till exempel, " han sa.
Stjärnor med hög massa är de viktigaste drivkrafterna för universums kemiska utveckling. Eftersom de är mer massiva, de producerar mer tungmetaller, utvecklas snabbare, och avsluta sina liv som supernovor, skjuter ut all sin materia i det interstellära mediet. Detta material återvinns för att bilda en ny population av stjärnor.
Dock, Almeida fortsatte, uppskattningar av den kemiska utvecklingen av universum och astrofysiska förutsägelser av antalet svarta hål tar vanligtvis hänsyn till sulstjärnor som vår sol, som utvecklas enklare.
Enligt honom, när du inkluderar binärer i beräkningen av dessa projektioner, resultatet förändras dramatiskt. Så när man gör astrofysiska förutsägelser, det är viktigt att överväga dessa massiva föremål.
