Para astronom telah menemukan katai putih yang sangat besar sehingga bisa runtuh

Para astronom telah menemukan katai putih terkecil dan terbesar yang pernah ada. Bara yang membara, yang terbentuk ketika dua katai putih yang kurang masif dan berat bergabung, “mengemas lebih banyak massa daripada matahari kita ke dalam sebuah objek seukuran bulan kita,” kata Ilaria Caiso, seorang postdoc Sherman Fairchild. Ahli astrofisika teoretis di Caltech dan penulis utama studi baru yang muncul dalam jurnal edisi 1 Juli alam. “Ini mungkin tampak berlawanan dengan intuisi, tetapi katai putih yang lebih kecil lebih masif. Ini karena fakta bahwa katai putih tidak memiliki pembakaran nuklir yang membuat bintang normal melawan gravitasinya sendiri, dan sebaliknya ukurannya diatur oleh mekanika kuantum.”

Penemuan ini dilakukan oleh Zwicky Transient Facility, atau ZTF, yang bekerja di Observatorium Palomar Caltech. Dua teleskop Hawaii — Observatorium WM Keck di Maunakea, Pulau Hawaii dan Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) Universitas Hawaii Institute for Astronomy di Haleakala, Maui — membantu membedakan bintang mati, bersama dengan teleskop 200 inci. Hill Telescope di Palomar, European Gaia Space Observatory, dan NASA’s Neil Gehrells Swift Observatory.

Katai putih adalah sisa-sisa runtuhan bintang yang pernah delapan kali massa atau lebih ringan dari matahari kita. Matahari kita, misalnya, setelah pertama kali memuntahkan menjadi raksasa merah dalam waktu sekitar 5 miliar tahun, pada akhirnya akan melepaskan lapisan luarnya dan menyusut menjadi katai putih kompak. Sekitar 97 persen dari semua bintang menjadi katai putih.

Sementara Matahari kita sendirian di luar angkasa tanpa pasangan bintang, banyak bintang mengorbit satu sama lain secara berpasangan. Bintang-bintang menua bersama, dan jika keduanya kurang dari delapan massa matahari, keduanya akan berevolusi menjadi katai putih.

Para astronom telah menemukan benda bintang yang dikenal sebagai katai putih seukuran bulan Bumi. Lebar katai putih sekitar 4.300 km, sedangkan lebar bulan adalah 3.500 km. Katai putih digambarkan di atas bulan dalam representasi artistik ini; Faktanya, katai putih terletak 130 tahun cahaya di konstelasi Aquila. Kredit: Giuseppe Baresi

Penemuan baru memberikan contoh tentang apa yang bisa terjadi setelah tahap ini. Pasangan katai putih, yang mengorbit satu sama lain, kehilangan energi dalam bentuk gelombang gravitasi dan akhirnya bergabung. Jika bintang mati cukup besar, mereka meledak dalam apa yang disebut supernova Tipe Ia. Tetapi jika mereka berada di bawah ambang batas massa tertentu, mereka bergabung bersama menjadi katai putih baru yang lebih berat daripada bintang pendahulunya. Penggabungan ini meningkatkan medan magnet bintang ini dan mempercepat rotasinya dibandingkan dengan bintang-bintang pendahulunya.

Para astronom mengatakan katai putih kecil yang baru ditemukan, yang disebut ZTF J1901 + 1458, telah mengambil jalur evolusi terakhir. Nenek moyangnya bergabung untuk menghasilkan katai putih dengan massa 1,35 kali massa matahari kita. Katai putih memiliki medan magnet yang kuat hampir satu miliar kali lipat dari matahari kita, dan ia berputar pada porosnya dengan kecepatan panik satu revolusi setiap tujuh menit (katai putih paling pipih yang diketahui, disebut EPIC 228939929, berotasi setiap 5,3 menit)

“Kami menangkap objek yang sangat menarik ini yang tidak cukup besar untuk meledak,” kata Kiazzo. “Kami benar-benar menyelidiki seberapa besar katai putih itu.”

Selain itu, Chiazu dan kolaboratornya percaya bahwa katai putih kompak mungkin cukup besar untuk berevolusi menjadi bintang kaya neutron yang mati, atau bintang neutron, yang biasanya terbentuk ketika bintang yang jauh lebih besar dari matahari kita meledak dalam supernova.

“Ini sangat spekulatif, tetapi ada kemungkinan bahwa katai putih cukup besar untuk runtuh lebih jauh menjadi bintang neutron,” kata Chiazu. Mereka begitu masif dan padat sehingga elektron dalam inti mereka ditangkap oleh proton dalam inti untuk membentuk neutron. Karena tekanan dari elektron mendorong melawan gaya gravitasi, yang menjaga bintang tetap utuh, inti runtuh ketika terlalu banyak elektron dilepaskan.”

Jika hipotesis pembentukan bintang neutron benar, itu bisa berarti bahwa sebagian besar bintang neutron lainnya terbentuk dengan cara ini. Kedekatan objek yang baru ditemukan (sekitar 130 tahun cahaya) dan usianya yang masih muda (sekitar 100 juta tahun atau kurang) menunjukkan bahwa objek serupa mungkin lebih sering terjadi di galaksi kita.

magnet dan cepat

Katai putih pertama kali ditemukan oleh rekan Caiazzo, Kevin Bridge, seorang peneliti postdoctoral Caltech, setelah meneliti gambar langit yang diambil oleh ZTF. Katai putih khusus ini, ketika dianalisis bersama dengan data dari Gaia, menonjol karena sangat masif dan dengan rotasi yang cepat.

“Belum ada yang bisa secara sistematis mengeksplorasi fenomena astronomi skala waktu singkat pada skala semacam ini sampai sekarang. Hasil dari upaya ini luar biasa,” kata Burridge, yang memimpin tim yang menemukan pada 2019 Sepasang katai putih mengorbit satu sama lain setiap tujuh menit.

Tim kemudian menganalisis spektrum bintang menggunakan Keck Observatory’s Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) ketika Caiazzo mengejutkan sidik jari dari medan magnet yang sangat kuat dan menyadari bahwa dia dan timnya telah menemukan sesuatu yang “sangat istimewa,” katanya. Kekuatan medan magnet, bersama dengan kecepatan rotasi objek selama tujuh menit, menunjukkan bahwa itu adalah hasil dari dua katai putih yang lebih kecil yang bergabung menjadi satu.

Data dari Swift, yang memantau sinar ultraviolet, membantu menentukan ukuran dan massa katai putih. Dengan diameter 2.670 mil, ZTF J1901 + 1458 mengamankan gelar katai putih terkecil yang diketahui, mengalahkan pemegang rekor sebelumnya, RE J0317-853 dan WD 1832 + 089, masing-masing dengan diameter sekitar 3.100 mil.

Di masa depan, Caiazzo berharap dapat menggunakan ZTF untuk menemukan lebih banyak katai putih seperti ini dan, secara umum, untuk mempelajari populasi secara keseluruhan. “Ada banyak pertanyaan yang harus dijawab, seperti berapa laju penggabungan katai putih di galaksi, dan apakah itu cukup untuk menjelaskan jumlah supernova Tipe Ia? Bagaimana medan magnet tercipta dalam peristiwa kuat ini, dan mengapa ada keragaman dalam kekuatan medan magnet di antara kurcaci? “Katai putih? Menemukan sejumlah besar katai putih yang lahir dari penggabungan akan membantu kita menjawab semua pertanyaan ini dan banyak lagi.”

Referensi: “Katai putih yang sangat magnetis dan berputar cepat sekecil bulan” oleh Ilaria Kaizo, Kevin B. Bridge, James Fuller, Jeremy Hill, SR Kulkarni, Thomas A. Prince, Harvey B. Richer, Josiah Schwab, Igor Andreoni, Eric C. Belm, Andrew Drake, Dimitri A. Dowef, Matthew J. Graham, George Helu, Ashish A Mahabal, Frank J. Massey, Roger Smith dan Mayan T. Somagnac, 30 Juni 2021, Tersedia di sini. alam.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03615-y

Penelitian yang berjudul “Katai putih yang sangat magnetis dan berputar cepat sekecil bulan,” didanai oleh Rose Hills Foundation, Yayasan Alfred P. Sloan, NASA, Yayasan Heising-Simons, dan AF Morrison Lick Fellowship. . Observatorium, NSF, dan Dewan Riset Ilmu Pengetahuan Alam dan Teknik Kanada.

Tentang LRIS

Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) adalah pencitraan dan spektrometer panjang gelombang tampak yang sangat sensitif dan serbaguna yang dibuat di Caltech oleh tim yang dipimpin oleh Profesor Bev Oak dan Profesor Judy Cohen dan ditugaskan pada tahun 1993. Sejak itu telah mengalami dua peningkatan besar untuk meningkatkan kemampuannya: penambahan lengan A biru kedua dioptimalkan untuk panjang gelombang cahaya yang lebih pendek dan pemasangan detektor yang lebih sensitif pada yang terpanjang (merah). Setiap lengan dioptimalkan untuk panjang gelombang yang dicakupnya. Jangkauan panjang gelombang yang luas ini, dikombinasikan dengan sensitivitas instrumen yang tinggi, memungkinkan studi tentang segala sesuatu mulai dari komet (yang memiliki fitur menarik di bagian spektrum ultraviolet), hingga cahaya biru dari pembentukan bintang, hingga cahaya merah dari objek yang sangat jauh. . LRIS juga merekam spektrum hingga 50 objek secara bersamaan, yang sangat berguna untuk studi gugus galaksi di masa terjauh dan awal alam semesta. LRIS digunakan untuk mengamati supernova jauh oleh para astronom yang dianugerahi Hadiah Nobel Fisika pada tahun 2011 untuk penelitian yang menentukan bahwa alam semesta mempercepat ekspansinya.

Tentang Observatorium WM Keck

Teleskop Observatorium WM Keck adalah salah satu teleskop ilmiah paling produktif di Bumi. Dua teleskop optik/inframerah 10m di atas Maunakea di pulau Hawai Hawi menampilkan serangkaian instrumen canggih termasuk pencitra, spektrofotometer multi-tubuh, spektrofotometer resolusi tinggi, spektrometer terintegrasi, dan sistem optik bintang adaptif terkemuka di dunia. . Beberapa data yang disajikan di sini diperoleh dari Observatorium Keck, sebuah organisasi nirlaba 501(c)3 yang bertindak sebagai kemitraan sains antara Caltech, University of California, dan National Aeronautics and Space Administration. Observatorium ini dimungkinkan oleh dukungan keuangan yang murah hati dari WM Keck Foundation. Para penulis ingin mengakui dan mengakui peran budaya yang sangat penting dan dihormati yang selalu dimiliki Maunakea dalam komunitas penduduk asli Hawaii. Kami sangat beruntung mendapat kesempatan untuk melakukan observasi dari gunung ini.