Вчені виявляють подвійну систему білого карлика за допомогою LAMOST

Китайські астрономи з Національної астрономічної обсерваторії Академії наук Китаю (NAOC) за допомогою спектроскопічних даних LAMOST і P200 виявили подвійну систему, що містить білого карлика (WD) з надзвичайно малою масою (ELM) і компактного невидимого компаньйона. /DBSP та багатоканальні фотометричні дані з Catalina та Zwicky Transient Facility. Маса видимої зірки, до ELM WD, становить приблизно 0,09 маси Сонця, що нижче теоретичної межі її виду, і може поставити під сумнів поточну теорію формування ELM WD.

Більшість зірок у Всесвіті закінчать своє життя білими карликами після того, як їх ядерне паливо згорить. Більшість білих карликів є вуглецево-кисневими білими карликами (CO WD), що означає, що вони здебільшого складаються з вуглецю та кисню. Вони мають масу 0,5-1,4 маси Сонця.

Коли маса перевищує 1,4 маси Сонця, тиск виродження електронів у ядрі не може протистояти гравітації, і білий карлик продовжить колапсувати в нейтронну зірку. Білі карлики з масою від 0,33 до 0,5 сонячної маси можуть мати ядра, в яких домінує CO або гелій (He). Білі карлики з ще меншою масою, відомі як ELM WD, складаються з виродженого He.

Вважається, що ці ELM WD не можуть утворитися через канал еволюції однієї зірки, оскільки для формування таких одиничних He WD з низькою масою потрібна зірка-попередник із відповідно дуже низькою початковою масою та надзвичайно довгим часом еволюції, часом навіть довшим, ніж поточний вік нашого Всесвіту. Тому загальновизнано, що ELM формуються всередині взаємодіючих подвійних систем. Зокрема, передбачається, що навіть нижча масова частка ELM (менше ніж 0,18 маси Сонця) втрачає більшу частину своєї початкової маси через стабільний переливний канал Roche Lobe.

Щоб успішно сформувати ELM, початок масоперенесення має бути в правильний час. Якщо передача маси почнеться надто рано, донор перетвориться на зірку головної послідовності з низькою масою, подібну до вторинної зірки Катаклізмічної змінної. З іншого боку, якщо це почнеться надто пізно, ядро ​​донора буде достатньо масивним, щоб еволюціонувати до наступної стадії завдяки спалаху гелію. Таким чином, існує теоретична нижня межа маси ELM-WD у такому обмеженому процесі масопередачі, яка становить приблизно 0,14-0,16 маси Сонця.

«Спеціальна pre-ELM-WD виглядає як звичайна карликова зірка F-типу, що обертається навколо невидимого компонента кожні 5,27 години. Можливо, вона щойно завершила фазу масообміну та повільно рухається до шляху охолодження білого карлика. Її постійна світність означає, що що його енергія постачається крихітною палаючою водневою оболонкою поза виродженим ядром гелію. Однак його динамічна маса становить лише близько 0,09 маси Сонця, що нижче нижньої межі теоретичних прогнозів, що справді викликає здивування”, – сказав доктор Юань Хайлун, перший автор дослідження.

Маса системи оцінюється на основі багатоканальних фотометричних і спектроскопічних даних у часовій області та паралакса Gaia. Після врахування всіх бюджетів помилок оцінена маса все ще є значно низькою. Команда перевірила кілька теоретичних моделей, жодна з яких не змогла належним чином відповідати результатам. Це відкриття порушувати питання про поточний механізм формування ELM, яке все ще чекає на відповідь.

Невидимий компактний компонент може мати масу ~1,0M☉ і, швидше за все, буде WD, але наразі не можна виключити нейтронну зірку. Подвійні системи ELM із компактними компаньйонами можуть бути безперервними джерелами гравітаційних хвиль і є одними з найбільш показових об’єктів у проєкті виявлення гравітаційних хвиль. Будучи важливим прогресом проєкту пошуку компактних об’єктів LAMOST, це відкриття доводить здатність LAMOST вивчати ELM. Оскільки під час другого регулярного п’ятирічного огляду LAMOST буде отримано більше пластин у часовій області, очікується відкриття більш цікавих компактних подвійних систем.