Astronomer har upptäckt ett binärt stjärnsystem med de närmaste unga stjärnobjekten med hög massa som någonsin uppmätts, tillhandahålla ett värdefullt "laboratorium" för att testa teorier om högmass binär stjärnbildning.

Ett internationellt team under ledning av University of Leeds har fastställt att avståndet mellan den massiva unga stjärnan PDS 27 och dess kretsande stjärnföljeslagare är bara 30 astronomiska enheter bort eller 4,5 miljarder km. Det är ungefär avståndet mellan vår sol och Neptunus, vilket gör dem till stjärnkompisarna med den närmaste närheten som någonsin fastställts för unga högmassstjärnor i ett binärt system – ett stjärnsystem med två stjärnor i omloppsbana runt ett masscentrum.

Studie huvudförfattare, Dr Evgenia Koumpia, från School of Physics and Astronomy i Leeds, sa:"Detta är en mycket spännande upptäckt, Att observera och simulera massiva binärer i de tidiga stadierna av deras bildande är en av den moderna astronomis huvudstrider. Med PDS 27 och dess följeslagare har vi nu hittat den närmaste, mest massiva unga stjärnobjekt i binärer upplösta hittills.

"Det finns en brist på kända unga massiva binära system i kartlagd rymd. Stjärnor med hög massa har jämförelsevis kort livslängd, brinner ut och exploderar som supernovor på bara några miljoner år, gör dem svåra att upptäcka. Detta begränsar vår förmåga att testa teorierna om hur dessa stjärnor bildas."

Som en del av sin studie har teamet också identifierat ett följeobjekt för en annan ung massiv stjärna som kallas PDS 37. Analysen visade att ett avstånd mellan PDS 37 och dess följeslagare var mellan 42 och 54 astronomiska enheter – jämförbart med avståndet mellan Solen och Pluto. Även om det är längre ifrån PDS 27 och dess följeslagare, det är fortfarande en betydande upptäckt med tanke på behovet av bekräftade massiva unga stjärnbinärer inom astronomisk forskning.

Dr Koumpia fortsatte:"Hur dessa binära system bildas är en ganska kontroversiell fråga med flera teorier som har lagts fram. Observationsstudier av binärer i deras tidiga stadier är avgörande för att verifiera teorierna om deras bildande.

"PDS 27 och PDS 37 är sällsynta och viktiga laboratorier som kan hjälpa till att informera och testa teorierna om bildandet av binära filer med hög massa."

PDS 27 är minst 10 gånger mer massiv än vår sol, Dr Koumpia förklarade, och ca 8, 000 ljusår bort. För att bestämma närvaron av stjärnkompisar för PDS 27 och PDS 37, teamet använde den högsta rumsliga upplösningen från PIONIER-instrumentet på European Southern Observatorys Very Large Telescope Interferometer (VLTI). Detta instrument kombinerar ljusstrålar från fyra teleskop, var och en är 8,2 meter bred, och efterliknar ett enda teleskop med en diameter på 130m. Den resulterande höga rumsliga upplösningsförmågan gjorde det möjligt för teamet att lösa sådana nära binära system trots deras enorma avstånd från oss och deras närhet till varandra.

Studiens medförfattare professor Rene Oudmaijer, också från School of Physics and Astronomy i Leeds, sa:"Nästa stora fråga - som vi har tenderat att undvika hittills på grund av observationssvårigheter - är varför så många av dessa massiva stjärnor finns i binära system?"

"Det har blivit allt tydligare för astronomer att massiva stjärnor nästan aldrig föds ensamma, med minst ett syskon för sällskap. Men skälen till att så är fallet är fortfarande ganska grumliga.

"Massiva stjärnor utövar betydande inflytande på sin kosmiska miljö. Deras stjärnvindar, energi och supernovaexplosioner som de genererar kan i sin tur påverka bildandet av andra stjärnor och galaxer. Utvecklingen och ödet för högmassstjärnor är ganska komplex men tidigare studier har visat att de kan påverkas i stor utsträckning av deras binära egenskaper.

"Upptäckten av massiva unga dubbelstjärnor ger ett avgörande steg framåt för att kunna svara på många av de frågor vi fortfarande har om dessa stjärnobjekt. Dessa upptäckter var endast möjliga tack vare den utsökta upplösningsförmågan som PIONIER-instrumentet på VLTI ger. "

Denna forskning är publicerad i tidskriften Astronomi &Astrofysik : Brev .