Astronomer har målat sin bästa bild hittills av en RV Tauri-variabel, en sällsynt typ av stjärnbinär där två stjärnor – den ena närmar sig slutet av sitt liv – kretsar runt i en vidsträckt dammskiva. Deras 130-åriga datauppsättning spänner över det bredaste spektrum av ljus som hittills samlats in för ett av dessa system, från radio till röntgen.

"Det finns bara cirka 300 kända RV Tauri-variabler i Vintergatans galax, sa Laura Vega, en nyligen doktorand vid Vanderbilt University i Nashville, Tennessee. "Vi fokuserade vår studie på den näst ljusaste, heter U Monocerotis, som nu är det första av dessa system från vilka röntgenstrålar har upptäckts."

Ett papper som beskriver resultaten, ledd av Vega, publicerades i The Astrophysical Journal .

Systemet, kallas U Mon för kort, ligger runt 3, 600 ljusår bort i stjärnbilden Monoceros. Dess två stjärnor kretsar runt varandra ungefär vart sjätte och ett halvt år i en omloppsbana som tippas cirka 75 grader ur vårt perspektiv.

Den primära stjärnan, en äldre gul superjätte, har ungefär två gånger solens massa men har böljat till 100 gånger solens storlek. En dragkamp mellan tryck och temperatur i atmosfären får den att regelbundet expandera och dra ihop sig, och dessa pulseringar skapar förutsägbara ljusstyrkaförändringar med omväxlande djupa och grunda dippar i ljuset – ett kännetecken för RV Tauri-system. Forskare vet mindre om sällskapsstjärnan, men de tror att den är av liknande massa och mycket yngre än den primära.

Den svala skivan runt båda stjärnorna består av gas och damm som skjuts ut av den primära stjärnan när den utvecklades. Med hjälp av radioobservationer från Submillimeter Array på Maunakea, Hawaii, Vegas team uppskattade att skivan är cirka 51 miljarder miles (82 miljarder kilometer) tvärs över. De binära banorna inuti ett centralt gap som forskarna tror är jämförbart med avståndet mellan de två stjärnorna vid deras maximala separation, när de är cirka 540 miljoner miles (870 miljoner kilometer) från varandra.

När stjärnorna är längst ifrån varandra, de är ungefär i linje med vår siktlinje. Skivan döljer delvis den primära och skapar ytterligare en förutsägbar fluktuation i systemets ljus. Vega och hennes kollegor tror att det är när en eller båda stjärnorna interagerar med skivans inre kant, suger bort strömmar av gas och damm. De föreslår att sällskapsstjärnan leder gasen till sin egen skiva, som värms upp och genererar ett röntgenutsläpp av gas. Denna modell kan förklara röntgenstrålar som upptäcktes 2016 av Europeiska rymdorganisationens XMM-Newton-satellit.

"XMM-observationerna gör U Mon till den första RV Tauri-variabeln som detekteras i röntgenstrålar, sa Kim Weaver, den amerikanska XMM-projektforskaren och en astrofysiker vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Det är spännande att se mark- och rymdbaserade multivåglängdsmätningar kombineras för att ge oss nya insikter i ett länge studerat system."

I sin analys av U Mon, Vegas team inkorporerade också 130 år av observationer av synligt ljus.

Den tidigaste tillgängliga mätningen av systemet, samlat den 25 dec. 1888, kom från arkiven från American Association of Variable Star Observers (AAVSO), ett internationellt nätverk av amatörer och professionella astronomer med huvudkontor i Cambridge, Massachusetts. AAVSO gav ytterligare historiska mätningar från mitten av 1940-talet till nutid.

Forskarna använde också arkiverade bilder katalogiserade av Digital Access to a Sky Century @ Harvard (DASCH), ett program vid Harvard College Observatory i Cambridge dedikerat till att digitalisera astronomiska bilder från fotografiska glasplattor gjorda av markbaserade teleskop mellan 1880- och 1990-talen.

U Mons ljus varierar både för att primärstjärnan pulserar och för att skivan delvis skymmer den vart 6,5:e år eller så. De kombinerade AAVSO- och DASCH-data gjorde att Vega och hennes kollegor kunde upptäcka en ännu längre cykel, där systemets ljusstyrka stiger och sjunker ungefär vart 60:e år. De tror en varp eller klump i disken, ligger ungefär lika långt från det binära som Neptunus är från solen, orsakar denna extra variation när den kretsar.

Vega avslutade sin analys av U Mon-systemet som en NASA Harriett G. Jenkins predoctoral Fellow, ett program finansierat av NASA Office of STEM Engagement Minority University Research and Education Project.

"För hennes doktorsavhandling, Laura använde denna historiska datauppsättning för att upptäcka en egenskap som annars bara skulle dyka upp en gång i en astronoms karriär, " sa medförfattaren Rodolfo Montez Jr., en astrofysiker vid Centrum för Astrofysik | Harvard &Smithsonian, även i Cambridge. "Det är ett bevis på hur vår kunskap om universum byggs upp över tiden."

Medförfattare Keivan Stassun, en expert på stjärnbildning och Vegas doktorandrådgivare vid Vanderbilt, noterar att detta utvecklade system har många funktioner och beteenden som är gemensamma med nybildade binärer. Båda är inbäddade i skivor av gas och damm, dra material från dessa skivor, och producera utflöden av gas. Och i båda fallen, skivorna kan bilda varp eller klumpar. I unga binärer, de kan signalera början av planetbildning.

"Vi har fortfarande frågor om funktionen i U Mons skiva, som kan besvaras av framtida radioobservationer, " sa Stassun. "Men annars, många av samma egenskaper finns där. Det är fascinerande hur nära dessa två binära livsstadier speglar varandra."