A kettős neutroncsillagok kialakulásának késői szakaszában az óriáscsillag kitágul, és elnyeli a neutroncsillag társát egy olyan szakaszban, amelyet közös burkos evolúciónak neveznek (a). A burok kilökődése a neutroncsillagot egy csupasz burokú csillaggal közeli pályára hagyja. A rendszer alakulása a tömegaránytól függ. A kisebb tömegű lecsupaszított csillagok egy további tömegátadási fázison mennek keresztül, amely tovább eltávolítja a csillagot, és újrahasznosítja a pulzárt, ami olyan rendszerekhez vezet, mint a Tejútrendszerben megfigyelt kettős neutroncsillagok és a GW170817 (b). A nagyobb tömegű lecsupaszított csillagok nem tágulnak ki annyira, így elkerülhető a további lecsupaszítás és a kísérő újrahasznosítás, ami olyan rendszerekhez vezet, mint a GW190425 (c). Végül, a még nagyobb tömegű lecsupaszított csillagok fekete lyuk-neutron csillag kettős csoportokhoz vezetnek, mint például a GW200115 (d). Köszönetnyilvánítás: Vigna-Gomez et al., ApJL 2021
Az asztrofizikusok elmagyarázzák a szokatlanul nehéz neutroncsillag binárisok eredetét
A neutroncsillagokkal párosított hatalmas csillagok szupernóva-robbanásának szimulációi megmagyarázhatják a gravitációs hullámok megfigyelőközpontjainak rejtélyes eredményeit.
Egy új tanulmány bemutatja, hogy egy lecsupaszított hatalmas csillag felrobbanása egy szupernóvában hogyan vezethet nehéz csillag kialakulásához neutron csillag vagy egy lámpát fekete lyuk megoldja az egyik legnagyobb kihívást jelentő rejtvényt, amely a neutroncsillagok egyesülésének a gravitációs hullám-obszervatóriumok általi észlelése során merül fel LINK és Szűz.
Az első észlelés gravitációs hullámok Az Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) által 2017-ben egy neutroncsillag-egyesülés volt, amely többnyire megfelelt az asztrofizikusok elvárásainak. De a második észlelés, 2019-ben, két neutroncsillag egyesülése volt, amelyek együttes tömege váratlanul nagy volt.
„Annyira megdöbbentő volt, hogy el kellett kezdenünk azon gondolkodni, hogyan lehet nehéz neutroncsillagot létrehozni anélkül, hogy az a pulzár” – mondta Enrico Ramirez-Ruiz, az UC Santa Cruz csillagászat és asztrofizika professzora.
A kompakt asztrofizikai objektumok, például a neutroncsillagok és a fekete lyukak tanulmányozása kihívást jelent, mivel ha stabilak, általában láthatatlanok, és nem bocsátanak ki kimutatható sugárzást. „Ez azt jelenti, hogy elfogultak vagyunk abban, amit megfigyelhetünk” – magyarázta Ramirez-Ruiz. „Neutroncsillag-binárisokat észleltünk galaxisunkban, amikor az egyik pulzár, és ezeknek a pulzároknak a tömege szinte azonos – egyetlen nehéz neutroncsillagot sem látunk.”
A LIGO a könnyebb bináris rendszerhez hasonló sebességű nehéz neutroncsillagok egyesülését észleli, ami azt jelenti, hogy a nehéz neutroncsillag-pároknak viszonylag gyakorinak kell lenniük. Akkor miért nem jelennek meg a pulzár populációban?
Az új tanulmányban Ramirez-Ruiz és munkatársai a kettõs rendszerekben található csupasz csillagok szupernóváira összpontosítottak, amelyek „kettõs kompakt objektumokat” alkothatnak, amelyek vagy két neutroncsillagból vagy egy neutroncsillagból és egy fekete lyukból állnak. A lecsupaszított csillag, más néven héliumcsillag, olyan csillag, amelynek hidrogénburkáját egy társcsillaggal való kölcsönhatása miatt eltávolították.
A 8. október 2021-án megjelent tanulmány Astrophysical Journal Letters, Alejandro Vigna-Gomez, a Koppenhágai Egyetem Niels Bohr Intézetének asztrofizikusa vezette, ahol Ramirez-Ruiz Niels Bohr professzori fokozattal rendelkezik.
„Részletes csillagmodelleket használtunk, hogy nyomon kövessük egy csupasz csillag evolúcióját egészen addig a pillanatig, amíg az fel nem robban egy szupernóvában” – mondta Vigna-Gomez. "Amint elérjük a szupernóva idejét, hidrodinamikai vizsgálatot végzünk, ahol a felrobbanó gáz fejlődésének nyomon követésére vagyunk kíváncsiak."
A lecsupaszított csillag kettős rendszerben, neutroncsillag kísérővel, tízszer nagyobb tömegű, mint a mi Napunk, de olyan sűrű, hogy átmérője kisebb, mint a Nap. Evolúciójának utolsó szakasza egy mag-összeomlású szupernóva, amely a mag végső tömegétől függően neutroncsillagot vagy fekete lyukat hagy maga után.
A csapat eredményei azt mutatták, hogy amikor a hatalmas lecsupaszított csillag felrobban, külső rétegeinek egy része gyorsan kilökődik a kettős rendszerből. A belső rétegek egy része azonban nem kilökődik, és végül visszaesik az újonnan kialakított kompakt objektumra.
„A felhalmozódott anyag mennyisége a robbanási energiától függ – minél nagyobb az energia, annál kevesebb tömeget tud megtartani” – mondta Vigna-Gomez. „A tíz naptömegű lecsupaszított csillagunk esetében, ha a robbanási energia alacsony, fekete lyukat képez; Ha az energia nagy, akkor kisebb tömeget tart meg, és neutroncsillagot képez."
Ezek az eredmények nemcsak a nehéz neutroncsillag kettősrendszerek kialakulását magyarázzák, mint amilyen a GW190425 gravitációs hullámesemény, hanem a neutroncsillagok és a könnyű fekete lyuk kettős rendszereinek kialakulását is megjósolják, például azt, amely a 2020-as gravitációs hullámban egyesült. hullám esemény GW200115.
Egy másik fontos megállapítás, hogy a lecsupaszított csillag héliummagjának tömege elengedhetetlen a neutroncsillag társával való kölcsönhatások természetének és a kettősrendszer végső sorsának meghatározásához. Egy kellően nagy tömegű héliumcsillag elkerülheti a tömeg átvitelét a neutroncsillagra. Egy kisebb tömegű héliumcsillagnál azonban a tömegátadási folyamat a neutroncsillagot gyorsan forgó pulzárdá alakíthatja.
„Amikor a héliummag kicsi, kitágul, majd a tömegtranszfer felpörgeti a neutroncsillagot, hogy pulzárt hozzon létre” – magyarázta Ramirez-Ruiz. „A masszív héliummagok azonban jobban kötődnek a gravitációhoz, és nem tágulnak ki, így nincs tömegátadás. És ha nem pörögnek fel pulzárrá, nem látjuk őket.”
Más szóval, a nehéz neutroncsillagok nagy számú, fel nem ismert populációja lehet galaxisunkban.
"A tömeg neutroncsillagokra történő átvitele hatékony mechanizmus a gyorsan forgó (ezredmásodperces) pulzárok létrehozására" - mondta Vigna-Gomez. „A tömegátviteli epizód elkerülése, mivel azt javasoljuk, utal arra, hogy az ilyen rendszerek rádiócsöndes populációja van Tejút. "
Hivatkozás: „Nehéz bináris neutroncsillagok és könnyű fekete lyuk–neutroncsillag párok tartalék szupernóva összeállítása, valamint a GW190425 és GW200115 közös csillagászati őse”, Alejandro Vigna-Gómez, Alejandro Vigna-Gómez, Sophie L. Schrøder, R. Enrico Ramirra, David Ramir. Dena, Aldo Batta, Norbert Langer és Reinhold Willcox, 8. október 2021., Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac2903
Vigna-Gomez és Ramirez-Ruiz mellett a lap társszerzői közé tartozik Sophie Schroder a Niels Bohr Intézetben; David Aguilera-Dena a Krétai Egyetemen; Aldo Batta a mexikói Nemzeti Asztrofizikai Intézetben; Norbert Langer a Bonni Egyetemen, Németországban; és Reinhold Willcox a Monash Egyetemen, Ausztráliában. Ezt a munkát a Heising-Simons Alapítvány, a Danish National Research Foundation és az US National Science Foundation támogatta.
