En massiv vit dvärgstjärna med en bisarr kolrik atmosfär kan vara två vita dvärgar som slås samman enligt ett internationellt team ledd av astronomer från University of Warwick, och undvek förstörelse bara med nödtorft.

De har upptäckt en ovanlig ultramassiv vit dvärg cirka 150 ljusår från oss med en atmosfärisk sammansättning som aldrig tidigare skådats, första gången som en sammanslagen vit dvärg har identifierats med hjälp av dess atmosfäriska sammansättning som en ledtråd.

Upptäckten, publiceras idag (2 mars) i tidskriften Natur astronomi , kan väcka nya frågor om utvecklingen av massiva vita dvärgstjärnor och om antalet supernovor i vår galax.

Denna stjärna, heter WDJ0551+4135, identifierades i en undersökning av data från Europeiska rymdorganisationens Gaia-teleskop. Astronomerna följde upp med spektroskopi tagen med William Herschel-teleskopet, fokusera på de vita dvärgarna som identifierats som särskilt massiva – en bedrift som möjliggjorts av Gaia-uppdraget. Genom att bryta ner ljuset som sänds ut av stjärnan, astronomerna kunde identifiera den kemiska sammansättningen av dess atmosfär och fann att den hade en ovanligt hög nivå av kol närvarande.

Huvudförfattare Dr Mark Hollands, från University of Warwick Department of Physics, sa:"Den här stjärnan stod ut som något vi aldrig hade sett förut. Du kan förvänta dig att se ett yttre lager av väte, ibland blandat med helium, eller bara en blandning av helium och kol. Du förväntar dig inte att se den här kombinationen av väte och kol samtidigt som det borde finnas ett tjockt lager helium emellan som förbjuder det. När vi tittade på det, det var ingen mening."

För att lösa pusslet, astronomerna blev detektiver för att avslöja stjärnans verkliga ursprung.

Vita dvärgar är resterna av stjärnor som vår egen sol som har bränt ut allt sitt bränsle och tappat sina yttre lager. De flesta är relativt lätta, cirka 0,6 gånger vår sols massa, men den här väger in på 1,14 solmassor, nästan två gånger den genomsnittliga massan. Trots att den är tyngre än vår sol, den komprimeras till två tredjedelar av jordens diameter.

Den vita dvärgens ålder är också en ledtråd. Äldre stjärnor kretsar runt Vintergatan snabbare än yngre, och detta föremål rör sig snabbare än 99 % av de andra vita dvärgarna i närheten med samma kylningsålder, vilket tyder på att den här stjärnan är äldre än den ser ut.

Dr Hollands tillägger:"Vi har en sammansättning som vi inte kan förklara genom normal stjärnutveckling, en massa två gånger genomsnittet för en vit dvärg, och en kinematisk ålder som är äldre än den som härleds från kylning. Vi är ganska säkra på hur en stjärna bildar en vit dvärg och den borde inte göra detta. Det enda sättet du kan förklara det på är om det bildades genom en sammanslagning av två vita dvärgar."

Teorin är att när en stjärna i ett binärt system expanderar i slutet av sitt liv kommer den att omsluta sin partner, drar sin omloppsbana närmare när den första stjärnan krymper. Samma sak kommer att hända när den andra stjärnan expanderar. Under miljarder år, gravitationsvågemission kommer att krympa omloppsbanan ytterligare, till den grad att stjärnorna smälter samman.

Medan sammanslagningar av vita dvärg har förutspåtts inträffa, denna skulle vara särskilt ovanlig. De flesta av sammanslagningarna i vår galax kommer att ske mellan stjärnor med olika massor, medan denna sammanslagning verkar vara mellan två lika stora stjärnor. Det finns också en gräns för hur stor den resulterande vita dvärgen kan bli:vid mer än 1,4 solmassor tror man att den skulle explodera i en supernova även om det kan vara möjligt att dessa explosioner kan inträffa vid något lägre massor, så den här stjärnan är användbar för att visa hur massiv en vit dvärg kan bli och fortfarande överleva.

Eftersom sammanslagningsprocessen startar om avkylningen av stjärnan, det är svårt att avgöra hur gammal den är. Den vita dvärgen slogs förmodligen samman för cirka 1,3 miljarder år sedan, men de två ursprungliga vita dvärgarna kan ha funnits i många miljarder år tidigare.

Det är en av endast en handfull sammanslagna vita dvärgar som hittills har identifierats, och den enda via sin sammansättning.

Dr Hollands tillägger:"Det finns inte så många vita dvärgar så här massiva, även om det finns fler än du förväntar dig att se, vilket antyder att en del av dem förmodligen bildades genom sammanslagningar.

"I framtiden kanske vi kan använda en teknik som kallas asteroseismologi för att lära oss om den vita dvärgens kärnsammansättning från dess stjärnpulsationer, vilket skulle vara en oberoende metod som bekräftar denna stjärna bildad från en sammanslagning.

"Den kanske mest spännande aspekten av denna stjärna är att den nästan inte har kunnat explodera som en supernova - dessa gigantiska explosioner är verkligen viktiga för att kartlägga universums struktur, eftersom de kan upptäckas på mycket stora avstånd. Dock, Det finns fortfarande mycket osäkerhet om vilken typ av stjärnsystem som tar sig till supernovastadiet. Hur konstigt det än låter, mäter egenskaperna hos denna "misslyckade" supernova, och framtida look-alikes, säger oss mycket om vägarna till termonukleär självförintelse."