Der Neutronenstern „Black Widow“ braucht eine Stunde, um den röstenden Stern zu umkreisen

Unsere Sonne ist allein in dieser Galaxie, und kein enger Begleiter umkreist sie. Aber Doppelsternsysteme sind sehr verbreitet, und unser nächster Nachbar scheint ein Dreifachsternsystem zu sein. Angesichts der vielen verschiedenen Arten von Sternen, die es gibt, weisen viele Mehrsternsysteme eine besondere organische Mischung auf, bei der instabile Riesensterne neben relativ regelmäßigen Sternen kreisen.

In der Mittwochsausgabe von Nature berichten Forscher über eine Seltenheit: einen „Schwarze Witwe“-Neutronenstern, der nahe genug an seinem Begleiter ist, um ihn mit Strahlung zu sprengen. Wenn der Prozess fortgesetzt wird, wird er schließlich dazu führen, dass der Stern verdampft und stirbt. Und zu guter Letzt hat das Paar auch einen entfernten Begleiter, einen uralten und seltenen Zwergstern.

Auf der Suche nach Anomalien

Die Arbeit am Archiv hat begonnen Zwicky Transiteinrichtung. Das ZTF ist darauf ausgelegt, alle zwei Tage den gesamten Himmel der nördlichen Hemisphäre zu vermessen, und verwendet eine Software, um alles zu erkennen, was sich ändert. Oft kann dies bedeuten, dass etwas explodiert: Der Stern leuchtet plötzlich auf (in einigen Fällen wird er zum ersten Mal von der Erde aus sichtbar), weil er als Supernova explodiert ist.

Aber diese Suche suchte nach vorübergehenden Helligkeitsänderungen: Dinge, die periodisch aufleuchten und wieder verblassen würden. Dies liegt häufig an umlaufenden Partnern, und Forscher haben ihre Suche genutzt, um speziell nach nahen Doppelsystemen zu suchen, in denen sich zwei Sterne in Entfernungen umkreisen, die genau zu unserem Sonnensystem passen. Da sich die beiden Sterne aus der Perspektive der Erde gegenseitig verdunkeln, ändert sich die Gesamtlichtmenge, die die Erde erreicht, periodisch.

Eines der Dinge, die bei der Umfrage herauskamen, hieß ZTF J1406 + 1222, und es war … seltsam. Folgebeobachtungen bestätigten, dass das Licht des Systems ein sinuswellenähnliches Muster aufwies, das regelmäßig ansteigt und abfällt. Aber sie tat es nach einem kurzen Zeitplan, mit einer Häufigkeit von kaum mehr als einer Stunde. Dieses Verhalten wurde nicht durch die Sonnenfinsternis verursacht, da einige Lichtwellenlängen eine signifikantere Änderung zeigten als andere – einige Wellenlängen erfuhren einen 13-fachen Intensitätsunterschied über einen einstündigen Zyklus. Wenn ZTF J1406 + 1222 eine Sternfinsternis beinhalten würde, würden die meisten Wellenlängen ähnliche Intensitätsänderungen erfahren.

Da die offensichtliche Erklärung nicht zu funktionieren scheint, wandten sich die Forscher den weniger offensichtlichen, aber immer noch plausiblen Erklärungen zu. Und der, den sie bevorzugten, enthielt auch einen Stern, um den ein unsichtbarer enger Begleiter kreiste. Aber in diesem Fall produzierte der unsichtbare Begleiter reichlich Strahlung, die den Stern erhitzte. Dieser Prozess erzeugt im Wesentlichen einen Stern, der eine „Tag“-Seite hat, die in Strahlung getaucht ist, also energiereicher und heller ist, und die „Nacht“-Seite strahlt die innere Helligkeit des Sterns aus.

Wie viel Energie wird benötigt, um einen solchen Helligkeitsunterschied zu erzielen? Forscher schätzen es in völlig nutzlosen Einheiten von erg/sec; Setzen Sie die Einheiten ein, die zumindest einigermaßen verständlich sind, es können ungefähr 10 sein¹² Megatonnen pro Sekunde. Was nach den meisten Maßstäben eine Menge Strahlung ist.

Spinnen ohne Netz

Es gibt nur wenige Dinge, die diese Art von Strahlung erzeugen können. Die Forscher schlossen Weiße Zwerge aus, die viel Strahlung im ultravioletten Bereich des Spektrums erzeugen. ZTF J1406 + 1222 scheint dort keinen großen Überschuss zu haben, was bedeutet, dass ein Weißer Zwerg unwahrscheinlich ist. Dies lässt einen Neutronenstern als wahrscheinlichste Erklärung übrig.

Dies ist nicht das erste Mal, dass ein System in der Nähe eines Neutronensterns beobachtet wurde. Wir haben genug gesehen, dass sie ihre eigene Terminologie übernommen haben. Die erste identifizierte Person nahm den Namen auf.Pulsar der Schwarzen Witwe„in dem ein Neutronenstern seinen Begleiter in genügend Strahlung eintauchte, um ihn zu zerstören. Nachfolgende Entdeckungen ähnlicher Systeme wurden in der Klasse der Schwarzen Witwen-Doppelsterne zusammengefasst, die zu einer Untergruppe der allgemeinen Klassifizierung der Spinnen-Doppelsterne wurden.

Ein genauerer Blick auf ZTF J1406 + 1222 zeigte, dass der Stern Wasserstoff-Absorptionslinien in seinem Spektrum aufweist. Dies ist ziemlich ungewöhnlich, da die meisten Sterne aus hochenergetischem Wasserstoff bestehen, der einen Großteil der Emission verursacht. Aber in diesem Fall scheint die Strahlung eine große Menge Wasserstoff vom Stern weggedrückt zu haben, wo er Strahlung aus der Umgebung absorbieren kann. Dies steht im Einklang mit der Idee, dass dies das Black Widow System ist, in dem der Stern verdampfen soll.

ZTF J1406 + 1222 ist zufällig das engste Duo der Schwarzen Witwe, das bisher identifiziert wurde, und wirft Fragen zu seiner Entstehung auf. Aber diese Fragen gehen über den binären Teil des Systems der Schwarzen Witwe hinaus. Die Beobachtungen zeigten auch, dass ein benachbarter Stern wahrscheinlich gravitativ gebunden ist, was es zu einem Drei-Sterne-System macht. Und natürlich ist dieser Stern auch auf der seltsamen Seite, er gehört zu einer Klasse namens (ich erfinde das nicht) coole Unterzwerge. Diese sind sehr alt und enthalten sehr geringe Mengen an anderen Elementen als Wasserstoff und Helium.

Schließlich sind nicht nur die einzelnen Komponenten dieses Systems seltsam, sondern das System als Ganzes ist ziemlich seltsam. Der äußere Begleiter umkreist etwa 600 astronomische Einheiten (eine AE ist die durchschnittliche Entfernung zwischen Erde und Sonne). In dieser Entfernung ist die Gravitationskraft gering und jede Störung kann das Drei-Sterne-System zerstören. Was besonders seltsam ist, weil sich die Umlaufbahn des Systems dem galaktischen Kern nähert und möglicherweise eine Supernova-Explosion erlebt hat, als sich der Neutronenstern gebildet hat, was bedeutet, dass ZTF J1406 + 1222 jetzt viele Ausreden hat, um aufzubrechen.

All dies bekräftigt die Hauptschlussfolgerung derjenigen, die es entdeckt haben: Das ZTF J1406 + 1222 ist ein interessantes System, das viel zusätzliche Überwachung verdient.

Natur temperieren2022. DOI: 10.1038/s41586-022-04551-1 (Über DOIs).