Waarnemingen gedaan met een nieuw instrument dat is ontwikkeld voor gebruik bij de 2,1-meter (84-inch) telescoop van het Kitt Peak National Observatory van de National Science Foundation, hebben geleid tot de ontdekking van de snelst verduisterende witte dwerg die tot nu toe bekend is. Inklokken met een omlooptijd van slechts 6,91 minuten, de snel ronddraaiende sterren zullen naar verwachting een van de sterkste bronnen van zwaartekrachtsgolven zijn die met LISA kunnen worden gedetecteerd, de toekomstige zwaartekrachtgolfdetector in de ruimte.

De dichte "Afterlives" van Stars

Nadat hij aan het einde van zijn leven was uitgegroeid tot een rode reus, een ster als de zon zal uiteindelijk evolueren tot een dichte witte dwerg, een object met een massa zoals die van de zon, platgedrukt tot een grootte die vergelijkbaar is met die van de aarde. evenzo, als dubbelsterren evolueren, ze kunnen hun metgezel verzwelgen in de rode reuzenfase en dicht bij elkaar spiraalsgewijs draaien, uiteindelijk achterlatend een nauwe witte dwerg binaire. Witte dwergdubbelsterren met zeer krappe banen zijn naar verwachting sterke bronnen van gravitatiegolfstraling. Hoewel het naar verwachting relatief vaak voorkomt, dergelijke systemen zijn ongrijpbaar gebleken, met slechts een paar geïdentificeerd tot nu toe.

Record-setting White Dwarf Binary

Een nieuw overzicht van de nachtelijke hemel, momenteel aan de gang bij Palomar Observatory en Kitt Peak National Observatory, verandert deze situatie.

Elke nacht, Caltech's Zwicky Transient Facility (ZTF), een onderzoek waarbij gebruik wordt gemaakt van de 48-inch telescoop van het Palomar Observatory, scant de lucht op objecten die bewegen, knipperen, of anderszins variëren in helderheid. Veelbelovende kandidaten worden opgevolgd met een nieuw instrument, de Kitt Peak 84-inch Electron Multiplying Demonstrator (KPED), bij de Kitt Peak 2,1-meter telescoop om kortdurende verduisterende dubbelsterren te identificeren. KPED is ontworpen om met snelheid en gevoeligheid de veranderende helderheid van hemelbronnen te meten.

Deze aanpak heeft geleid tot de ontdekking van ZTF J1539+5027 (of kortweg J1539), een verduisterende binaire witte dwerg met de kortste periode die tot nu toe bekend is, slechts 6,91 minuten. De sterren draaien zo dicht bij elkaar dat het hele systeem binnen de diameter van de planeet Saturnus zou kunnen passen.

"Terwijl de zwakkere ster voor de helderdere voorbijgaat, het blokkeert het meeste licht, resulterend in het knipperpatroon van zeven minuten dat we in de ZTF-gegevens zien, " legt Caltech-afgestudeerde student Kevin Burdge uit, hoofdauteur van het artikel over de ontdekking, die in het huidige nummer van het tijdschrift verschijnt Natuur .

Een sterke bron van zwaartekrachtgolven

Er wordt voorspeld dat dicht in een baan om de aarde draaiende witte dwergen steeds sneller naar elkaar toe spiraliseren, omdat het systeem energie verliest door zwaartekrachtgolven uit te zenden. De baan van J1539 is zo krap dat de omlooptijd naar verwachting al na een paar jaar meetbaar korter zal worden. Burdge's team was in staat om de voorspelling uit de algemene relativiteitstheorie van een krimpende baan te bevestigen, door hun nieuwe resultaten te vergelijken met archiefgegevens die de afgelopen tien jaar zijn verkregen.

J1539 is een zeldzaam juweeltje. Het is een van de weinige bekende bronnen van zwaartekrachtsgolven - rimpelingen in ruimte en tijd - die zullen worden gedetecteerd door de toekomstige Europese ruimtemissie LISA (Laser Interferometer Space Antenna), die naar verwachting in 2034 wordt gelanceerd. LISA, waarin NASA een rol speelt, zal vergelijkbaar zijn met de op de grond gebaseerde LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) van de National Science Foundation, die in 2015 geschiedenis schreef door de eerste directe detectie van zwaartekrachtsgolven van een paar botsende zwarte gaten te maken. LISA zal zwaartekrachtsgolven vanuit de ruimte detecteren bij lagere frequenties. J1539 past goed bij LISA; de 4,8 mHz zwaartekrachtgolffrequentie van J1539 ligt dicht bij de piek van LISA's gevoeligheid.

Ontdekkingen gaan door voor historische telescoop

Kitt Peak's 2,1-meter telescoop, de tweede grote telescoop die op de locatie wordt gebouwd, is sinds 1964 continu in bedrijf. Zijn geschiedenis omvat vele belangrijke ontdekkingen in de astrofysica, zoals het Lyman-alpha-bos in quasar-spectra, de eerste zwaartekrachtlens door een sterrenstelsel, de eerste pulserende witte dwerg, en de eerste uitgebreide studie van de binaire frequentie van sterren zoals de zon. Het laatste resultaat zet zijn eerbiedwaardige staat van dienst voort.

Lori Allen, Directeur van Kitt Peak National Observatory en waarnemend directeur van NOAO zegt:"We zijn verheugd om te zien dat onze 2,1-meter telescoop, nu meer dan 50 jaar oud, blijft een krachtig platform voor ontdekking."

"Deze prachtige waarnemingen zijn een verder bewijs dat geavanceerde wetenschap kan worden gedaan met telescopen van bescheiden afmetingen zoals de 2,1-meter in het moderne tijdperk, " voegt Chris Davis toe, NSF-programmamedewerker voor NOAO.

Meer spanning in het verschiet!

Hoe opmerkelijk het ook is, J1539 werd ontdekt met slechts een klein deel van de gegevens die van ZTF werden verwacht. Het werd gevonden in de eerste analyse van het ZTF-team van 10 miljoen bronnen, terwijl het project uiteindelijk meer dan een miljard sterren zal bestuderen.

"Slechts maanden nadat ze online kwamen, ZTF-astronomen hebben witte dwergen gedetecteerd die in een recordtempo om elkaar heen cirkelen, " zegt NSF adjunct-directeur voor Wiskundige en Exacte Wetenschappen, Anne Kinney. "Het is een ontdekking die ons begrip van deze systemen aanzienlijk zal verbeteren, en het is een voorproefje van de verrassingen die nog moeten komen."