Rasvijetljen misterij ponavljajućih signala iz svemira

Počevši od prije deset godina, astronomi su detektirali puls radio emisije svaka dva sata, koji je dolazio iz smjera Velikog Medvjeda. Nakon kombiniranja promatranja s više teleskopa, tim sada može otkriti krivca: binarni sustav s mrtvom zvijezdom.

Prema novoj studiji, crveni patuljak i bijeli patuljak kruže jedan oko drugog tako čvrsto da njihova magnetska polja međusobno djeluju. Svaki put kad se susreću, što je svaka dva sata, interakcija emitira dugi radio signal.

Iako su astronomi prije pratili samo duge radioimpulse do neutronskih zvijezda, novo otkriće pokazuje da kretanje zvijezda unutar binarnog sustava također može emitirati dugoperiodične radio-izboje.

"Postoji nekoliko visoko magnetiziranih neutronskih zvijezda ili magnetara za koje se zna da pokazuju radioimpulse s periodom od nekoliko sekundi", rekao je astrofizičar Sveučilišta Northwestern i koautor studije  Charles Kilpatrick . "Neki astrofizičari također su tvrdili da bi izvori mogli emitirati impulse u redovitim vremenskim intervalima jer se vrte, tako da radio emisiju vidimo samo kada je izvor rotiran prema nama. Sada znamo da barem neki dugi periodi radijskih prijelaza dolaze iz binarnih zapisa. Nadamo se da će ovo motivirati radioastronome da lokaliziraju nove klase izvora koji bi mogli proizaći iz neutronskih zvijezda ili binarnih magnetara."

Kilpatrick je znanstveni docent u Northwestern Centru za interdisciplinarno istraživanje i istraživanje u astrofizici. Iris de Ruiter, postdoktorandica na Sveučilištu Sydney u Australiji, vodila je studiju objavljenu u časopisu Nature Astronomy.

De Ruiter je prvi put otkrila pulseve prošle godine dok je češljala po arhivama Low Frequency Arraya (LOFAR), najvećeg radio-teleskopa koji radi na najnižim frekvencijama koje se mogu promatrati sa Zemlje. Pregledavajući podatke, otkrila je da se prvi puls pojavio 2015. Kada je naknadno pretražila više arhivskih podataka iz istog područja neba, de Ruiter je otkrila još šest pulseva.

Poput kratkog bljeska svjetla, ali u radio obliku, svaki puls traje od nekoliko sekundi do minuta. I, čudno, pulsevi se ponavljaju u pravilnim intervalima, poput kozmičkog sata koji otkucava jednom svaka dva sata. U posljednjih nekoliko godina, astronomi su otkrili sve više i više brzih radio burstova (FRB-ova). Radijski pulsevi o kojima je riječ, međutim, mnogo su rjeđi događaj.

"Radioimpulsi su vrlo slični FRB-ovima, ali svaki ima različite duljine", rekao je Kilpatrick. "Pulsevi imaju puno niže energije od FRB-ova i obično traju nekoliko sekundi, za razliku od FRB-ova koji traju milisekunde. Još uvijek postoji veliko pitanje postoji li kontinuum objekata između dugotrajnih radijskih prijelaza i FRB-ova ili je riječ o različitim populacijama."

De Ruiter i njezin tim dobili su naknadna opažanja s opservatorija MMT u Arizoni i zvjezdarnice McDonald u Teksasu. Ta su promatranja otkrila da izvor nije jedna bljeskajuća zvijezda, već dvije koje pulsiraju zajedno. Smještene samo 1600 svjetlosnih godina od Zemlje, dvije zvijezde kruže oko zajedničkog centra gravitacije, čineći puni krug svakih 125,5 minuta.

Kako bi potvrdio ove nalaze, Kilpatrick je koristio Northwesternov daljinski pristup teleskopu s više zrcala (MMT) u Arizoni kako bi promatrao sustav tijekom njegova punog ciklusa od dva sata.

Ta su promatranja omogućila Kilpatricku da prati varijacije u kretanju sustava i dobije optičke spektre od crvenog patuljka. Uzimajući svjetlost koju emitira zvijezda i dijeleći je na sastavne boje (ili spektre), Kilpatrick je uspio dobiti informacije o samoj zvijezdi.

"Spektoskopske linije u ovim podacima omogućile su nam da utvrdimo da se crveni patuljak kreće naprijed-nazad vrlo brzo s točno istim dvosatnim periodom kao i radioimpulsi", rekao je Kilpatrick. "To je uvjerljiv dokaz da je crveni patuljak u binarnom sustavu."

Čini se da je kretanje "naprijed-natrag" posljedica gravitacije zvijezde pratilice koja vuče crvenog patuljka oko sebe. Preciznim izračunavanjem varijacija u tim kretnjama, Kilpatrick je izmjerio masu mnogo slabijeg pratioca. Izračunata masa uskladila se s tipičnom masom bijelog patuljka. Dok bijeli patuljci mogu biti u rasponu od niske do srednje mase, poput našeg sunca, crveni patuljci uvijek su puno manji i hladniji.

"U gotovo svakom scenariju, njegova masa i činjenica da je preslab da bi se vidio znači da mora biti bijeli patuljak", rekao je Kilpatrick. "Ovo potvrđuje vodeću hipotezu o binarnom podrijetlu bijelog patuljka i prvi je izravan dokaz koji imamo za progenitorske sustave dugoperiodičnih radio tranzijenata."

U budućnosti astronomi planiraju detaljnije proučavati ultraljubičasto zračenje binarnog izvora, nazvanog ILTJ1101. Nalazi bi mogli pomoći u određivanju temperature bijelog patuljka i otkriti više o povijesti bijelih i crvenih patuljaka.

"Bilo je posebno cool dodati nove dijelove slagalici", rekla je de Ruiter. "Radili smo sa stručnjacima iz svih vrsta astronomskih disciplina. Različitim tehnikama i promatranjima korak po korak približavali smo se rješenju."