Naast solosterren zoals de zon, het universum bevat binaire systemen die bestaan ​​uit twee massieve sterren die met elkaar interageren. In veel binaire bestanden, de twee sterren zijn dicht genoeg bij elkaar om materie uit te wisselen en kunnen zelfs versmelten, het produceren van een enkele ster met een hoge massa die met grote snelheid ronddraait.

Tot nu, het aantal bekende binaire bestanden met hoge massa was erg klein, in wezen beperkt tot die geïdentificeerd in onze melkweg, De melkweg.

Een internationale groep astronomen onder leiding van onderzoekers van het Instituut voor Astronomie van de Universiteit van São Paulo, Geofysica &Atmosferische Wetenschappen (IAG-USP) in Brazilië, heeft zojuist de lijst uitgebreid met het identificeren en karakteriseren van 82 nieuwe zware dubbelsterren in de Tarantulanevel, ook bekend als 30 Doradus, in de Grote Magelhaense Wolk. De LMC is een satellietstelsel van de Melkweg en is ongeveer 160, 000 lichtjaar van de aarde.

De resultaten van het onderzoek worden beschreven in een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Astronomie en astrofysica .

"Door deze 82 zware binaries te identificeren en te karakteriseren, we hebben het aantal van deze objecten meer dan verdubbeld, en in een volledig nieuwe regio met heel andere omstandigheden dan die in de Melkweg, " zei Leonardo Andrade de Almeida, een postdoctoraal onderzoeker bij IAG-USP en eerste auteur van de studie.

In onderzoek onder supervisie van Augusto Damineli Neto, een hoogleraar bij IAG en een co-auteur van het artikel, Almeida analyseerde de gegevens die werden verkregen tijdens de VLT-FLAMES Tarantula Survey en Tarantula Massive Binary Monitoring observatiecampagnes uitgevoerd door de European Southern Observatory (ESO) vanaf 2011.

Met behulp van VLAMMEN/GIRAF, een spectrograaf gekoppeld aan ESO's Very Large Telescope (VLT), die vier primaire spiegels van 8 m heeft en actief is in de Atacama-woestijn in Chili, de observatiecampagnes verzamelden spectrale gegevens voor meer dan 800 zware objecten in de regio van de Tarantulanevel, zo genoemd omdat de gloeiende filamenten op spinnenpoten lijken.

Van dit totaal van 800 waargenomen objecten, de astronomen die aan de twee onderzoeken werkten, identificeerden 100 kandidaat-dubbelsterren van spectraaltype O (zeer heet en massief) in een steekproef van 360 sterren op basis van parameters zoals de amplitude van variaties in hun radiale snelheid (de bewegingssnelheid weg van of naar een waarnemer).

De laatste twee jaar, Almeida heeft met collega's in andere landen samengewerkt aan een analyse van deze 100 kandidaat-hoge-massa-binaries met behulp van de FLAMES/GIRAFFE-spectrograaf en is erin geslaagd 82 van hen volledig te karakteriseren.

"Dit vertegenwoordigt het grootste onderzoek en de grootste spectroscopische karakterisering van massieve binaire systemen die ooit zijn uitgevoerd, "zei hij. "Het was alleen mogelijk dankzij de technologische mogelijkheden van de FLAMES/GIRAFFE-spectrograaf."

Het door ESO ontwikkelde wetenschappelijke instrument kan spectra voor een aantal objecten tegelijk verkrijgen, en zwakkere objecten kunnen worden waargenomen omdat de spectrograaf is gekoppeld aan de VLT, die grote spiegels heeft en meer licht opvangt, Almeida legde het uit.

"We kunnen 136 spectra verzamelen in een enkele waarneming met FLAMES/GIRAFFE, "zei hij. "Niets vergelijkbaars kon eerder worden gedaan. Onze instrumenten konden alleen individuele objecten waarnemen en het duurde veel langer om ze te karakteriseren."

Spectroscopische analyse van de 82 binaries toonde aan dat eigenschappen zoals massaverhouding, omlooptijd (de tijd die nodig is om één baan te voltooien) en omloopexcentriciteit (de mate waarin de baan afwijkt van een perfecte cirkel) waren zeer vergelijkbaar met die waargenomen in de Melkweg.

Dit was onverwacht aangezien de LMC een fase van het universum vóór de Melkweg belichaamt, toen het grootste aantal zware sterren werd gevormd. Om deze reden, zijn metalliciteit - het aandeel van zijn materie dat bestaat uit andere chemische elementen dan oerwaterstof en helium - is slechts de helft van die van de dubbelsterren die in de Melkweg worden gevonden, waarvan de metalliciteit heel dicht bij die van de zon ligt.

"Aan het begin van het heelal, sterren waren metaalarm, maar de chemische evolutie verhoogde hun metalliciteit, ' zei Almeida.

Deze analyse van binaire bestanden in de LMC, hij voegde toe, biedt de eerste directe beperkingen op de eigenschappen van massieve dubbelsterren in sterrenstelsels waarvan de sterren werden gevormd in het vroege heelal en de metalliciteit van de LMC hebben.

"De ontdekkingen die tijdens het onderzoek zijn gedaan, kunnen betere metingen opleveren voor gebruik in meer realistische simulaties van hoe zware sterren evolueerden in de verschillende fasen van het universum. Als dat zo is, kunnen we nauwkeurigere schattingen krijgen van de snelheid waarmee zwarte gaten, neutronensterren en supernova's werden in elke fase gevormd, bijvoorbeeld, " hij zei.

Sterren met een hoge massa zijn de belangrijkste aanjagers van de chemische evolutie van het heelal. Omdat ze groter zijn, ze produceren meer zware metalen, sneller evolueren, en hun leven beëindigen als supernova's, al hun materie in het interstellaire medium uitstoten. Deze materie wordt gerecycled om een ​​nieuwe sterrenpopulatie te vormen.

Echter, Almeida ging verder, schattingen van de chemische evolutie van het heelal en astrofysische voorspellingen van het aantal zwarte gaten houden meestal rekening met enige sterren zoals onze zon, die zich eenvoudiger ontwikkelen.

Volgens hem, wanneer u binaire bestanden opneemt bij het berekenen van deze projecties, het resultaat verandert drastisch. Dus bij het maken van astrofysische voorspellingen, het is belangrijk om rekening te houden met deze massieve objecten.