Forskare som arbetar med de kraftfulla teleskopen vid Georgia State Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA) Array har genomfört en undersökning av en grupp stjärnor som misstänks ha slukt det mesta av gasen från kretsande följeslagare. Dessa känsliga mätningar har direkt upptäckt den svaga glöden från de kannibaliserade stjärnorna.
Den nya forskningen, ledd av postdoktorn Robert Klement, publiceras i The Astrophysical Journal. Arbetet identifierar nya banor av avskalade subdvärgstjärnor som kretsar kring snabbt snurrande massiva stjärnor, vilket leder till ny förståelse av livsbanan för nära dubbelstjärnor.
Genom att arbeta med kollegor vid CHARA Array i Mount Wilson, Kalifornien, riktade Klement de kraftfulla teleskopen mot en samling relativt närliggande B-emissionslinjestjärnor, eller "Be stars" för kort. Dessa är snabbt roterande stjärnor som tros hysa ovanliga kretsande följeslagare.
Be-stjärnorna bildas förmodligen i intensiva växelverkan mellan nära par av stjärnor. Astronomer finner att många stjärnor förekommer i sådana par, en trend som särskilt gäller bland stjärnor som är mer massiva än vår sol. Par med små separationer möter ett tumultartat öde eftersom de växer i storlek när de åldras och kan nå en dimension som liknar deras separation.
När detta händer kan gas från den växande stjärnan passera gapet mellan paret så att följeslagaren kan njuta av den överförda gasströmmen. Denna kannibaliseringsprocess kommer så småningom att beröva massgivarstjärnan nästan all dess gas och kommer att lämna bakom den lilla heta kärnan av dess tidigare kärnkraftsbrinnande centrum.
Astronomer förutspådde att massöverföringsströmmen får medföljande stjärna att snurra upp och bli en mycket snabb rotator. Några av de snabbast roterande stjärnorna finns som Be-stjärnor. Be-stjärnor roterar så snabbt att en del av deras gas slungas från deras ekvatorialzoner för att bilda en kretsande gasring.
Fram till nu har detta förutspådda skede i livet för nära binära par undgått astronomer eftersom stjärnornas separationer är för små för att ses med konventionella teleskop och eftersom de avskalade stjärnliken är gömda i bländningen från deras ljusa följeslagare. Men Georgia State's CHARA Array-teleskop erbjöd forskarna möjligheten att hitta de avskalade stjärnorna.
CHARA Array använder sex teleskop utspridda över toppen av Mount Wilson för att fungera som ett enormt enda teleskop som är 330 meter i diameter. Detta ger astronomer möjligheten att separera ljuset från par av stjärnor även med mycket små vinkelförskjutningar. Klement använde också kamerorna MIRC-X och MYSTIC – byggda vid University of Michigan och Exeter University i Storbritannien – som kan spela in ljussignalen från både mycket ljusa och mycket svaga föremål nära varandra.
Forskarna ville avgöra om Be-stjärnorna hade snurrats upp av massöverföring och värdar som kretsar runt avskalade stjärnor. Klement påbörjade ett tvåårigt observationsprogram på CHARA, och hans arbete gav snabbt resultat. Han upptäckte det svaga ljuset från avskalade följeslagare i nio av 37 Be-stjärnor. Han fokuserade på sju av dessa mål och kunde följa stjärnkroppens omloppsrörelse runt Be-stjärnan.
"Banerna är viktiga eftersom de tillåter oss att bestämma massorna av stjärnpar," sa Klement. "Våra massmätningar tyder på att avskalade stjärnor förlorade nästan allt. I fallet med stjärnan HR2142 gick den avskalade stjärnan troligen från 10 gånger solens massa ner till ungefär en solmassa."
Avskalade stjärnor upptäcktes inte runt varje Be-stjärna, och forskare tror att i några av dessa fall har liket förvandlats till en liten vit dvärgstjärna, för svag för att upptäckas även med CHARA Array. I andra fall kan det vara så att interaktionen var så intensiv att stjärnorna slogs samman till en snabbt roterande stjärna.
Klement utökar nu sökandet efter kretsande avskalade stjärnor till att vara stjärnor på södra himlen med hjälp av European Southern Observatorys Very Large Telescope Interferometer i Chile.
Han arbetar också med Luqian Wang vid Yunnan Observatories i Kina i forskning med hjälp av NASAs Hubble Space Telescope för att upptäcka det svaga ljuset från de avskalade följeslagarna. Eftersom dessa kroppar är varma är de relativt ljusare i de ultravioletta våglängderna som endast kan observeras med rymdteleskopet Hubble.
"Denna undersökning av Be-stjärnor - och upptäckten av nio svaga följeslagare - visar verkligen kraften i CHARA", säger Alison Peck, en programchef vid National Science Foundations Astronomical Sciences Division, som stöder CHARA Array. "Genom att använda arrayens exceptionella vinkelupplösning och höga dynamiska omfång kan vi svara på frågor om stjärnbildning och evolution som aldrig har varit möjliga att besvara tidigare."
Douglas Gies, chef för CHARA Array, sa att forskningen äntligen har avslöjat ett viktigt dold stadium i livet för nära stjärnpar.
"CHARA Array-undersökningen av Be-stjärnorna har direkt avslöjat att dessa stjärnor skapades genom en grossistförvandling genom massöverföring," sa Gies. "Vi ser nu, för första gången, resultatet av stjärnfesten som ledde till de avskalade stjärnorna."
Mer information: Robert Klement et al, CHARA Array Interferometric Program on the Multiplicity of Classical Be Stars:New Detections and Orbits of stripped Subdwarf Companions, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad13ec
Journalinformation: Astrofysisk tidskrift
Tillhandahålls av Georgia State University
