Astronomen hebben hun beste beeld tot nu toe gemaakt van een RV Tauri-variabele, een zeldzaam type stellaire dubbelster waarbij twee sterren - waarvan één het einde van zijn leven nadert - in een baan rond een uitgestrekte schijf van stof draaien. Hun 130-jarige dataset omvat het grootste bereik van licht dat tot nu toe voor een van deze systemen is verzameld, van radio tot röntgenstraling.

"Er zijn slechts ongeveer 300 bekende RV Tauri-variabelen in het Melkwegstelsel, " zei Laura Vega, een recente doctoraat aan de Vanderbilt University in Nashville, Tennessee. "We hebben ons onderzoek gericht op de op één na slimste, genaamd U Monocerotis, dat is nu het eerste van deze systemen waarvan röntgenstralen zijn gedetecteerd."

Een paper waarin de bevindingen worden beschreven, onder leiding van Vega, werd gepubliceerd in Het astrofysische tijdschrift .

Het systeem, kortweg U Mon genoemd, ligt rond de 3, 600 lichtjaar verwijderd in het sterrenbeeld Monoceros. Zijn twee sterren cirkelen om de zes en een half jaar om elkaar in een baan die vanuit ons perspectief ongeveer 75 graden kantelt.

De primaire ster, een bejaarde gele superreus, heeft ongeveer twee keer de massa van de zon, maar is opgezwollen tot 100 keer de grootte van de zon. Een touwtrekken tussen druk en temperatuur in de atmosfeer zorgt ervoor dat het regelmatig uitzet en krimpt, en deze pulsaties creëren voorspelbare helderheidsveranderingen met afwisselend diepe en ondiepe dips in licht - een kenmerk van RV Tauri-systemen. Wetenschappers weten minder over de begeleidende ster, maar ze denken dat het dezelfde massa heeft en veel jonger is dan de primaire.

De koele schijf rond beide sterren bestaat uit gas en stof dat door de primaire ster werd uitgestoten tijdens de evolutie. Met behulp van radio-waarnemingen van de Submillimeter Array op Maunakea, Hawaii, Vega's team schatte dat de schijf ongeveer 51 miljard mijl (82 miljard kilometer) breed is. De dubbelster draait in een centrale opening die volgens de wetenschappers vergelijkbaar is met de afstand tussen de twee sterren op hun maximale afstand, wanneer ze ongeveer 540 miljoen mijl (870 miljoen kilometer) van elkaar verwijderd zijn.

Als de sterren het verst van elkaar verwijderd zijn, ze zijn ongeveer uitgelijnd met onze gezichtslijn. De schijf verduistert gedeeltelijk de primaire en creëert een andere voorspelbare fluctuatie in het licht van het systeem. Vega en haar collega's denken dat dit is wanneer een of beide sterren interageren met de binnenrand van de schijf, het overhevelen van gas- en stofstromen. Ze suggereren dat de begeleidende ster het gas naar zijn eigen schijf leidt, die opwarmt en een röntgenstraling-emitterende uitstroom van gas genereert. Dit model zou de röntgenstraling kunnen verklaren die in 2016 werd gedetecteerd door de XMM-Newton-satelliet van de European Space Agency.

"De XMM-waarnemingen maken van U Mon de eerste RV Tauri-variabele die in röntgenstralen wordt gedetecteerd, " zei Kim Wever, de XMM U.S.-projectwetenschapper en een astrofysicus bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Het is opwindend om te zien hoe op de grond en in de ruimte gebaseerde metingen van meerdere golflengten samenkomen om ons nieuwe inzichten te geven in een lang bestudeerd systeem."

In hun analyse van U Mon, Vega's team heeft ook 130 jaar waarnemingen van zichtbaar licht verwerkt.

De vroegst beschikbare meting van het systeem, verzameld op 25 december, 1888, kwam uit de archieven van de American Association of Variable Star Observers (AAVSO), een internationaal netwerk van amateur- en professionele astronomen met het hoofdkantoor in Cambridge, Massachusetts. AAVSO leverde aanvullende historische metingen, variërend van het midden van de jaren veertig tot heden.

De onderzoekers gebruikten ook gearchiveerde afbeeldingen die zijn gecatalogiseerd door de Digital Access to a Sky Century @ Harvard (DASCH), een programma aan het Harvard College Observatory in Cambridge gewijd aan het digitaliseren van astronomische beelden van glazen fotografische platen gemaakt door telescopen op de grond tussen de jaren 1880 en 1990.

Het licht van U Mon varieert zowel omdat de primaire ster pulseert als omdat de schijf hem om de 6,5 jaar gedeeltelijk verduistert. Dankzij de gecombineerde AAVSO- en DASCH-gegevens konden Vega en haar collega's een nog langere cyclus ontdekken, waar de helderheid van het systeem ongeveer elke 60 jaar stijgt en daalt. Ze denken aan een kromming of klonter in de schijf, ongeveer even ver van de binaire ster als Neptunus van de zon verwijderd is, veroorzaakt deze extra variatie terwijl het draait.

Vega voltooide haar analyse van het U Mon-systeem als een NASA Harriett G. Jenkins Predoctoral Fellow, een programma gefinancierd door het Minority University Research and Education Project van het NASA Office of STEM Engagement.

"Voor haar proefschrift, Laura gebruikte deze historische dataset om een ​​kenmerk te detecteren dat anders maar één keer in de carrière van een astronoom zou voorkomen. " zei co-auteur Rodolfo Montez Jr., een astrofysicus bij het Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian, ook in Cambridge. "Het is een bewijs van hoe onze kennis van het universum zich in de loop van de tijd opbouwt."

Co-auteur Keivan Stassun, een expert in stervorming en Vega's doctoraal adviseur bij Vanderbilt, merkt op dat dit geëvolueerde systeem veel kenmerken en gedragingen gemeen heeft met nieuw gevormde binaire bestanden. Beide zijn ingebed in schijven van gas en stof, materiaal van die schijven trekken, en produceren uitstroom van gas. En in beide gevallen de schijven kunnen kromtrekken of klonten vormen. In jonge binaire getallen, die kunnen het begin van planeetvorming aangeven.

"We hebben nog steeds vragen over de functie op de schijf van U Mon, die kunnen worden beantwoord door toekomstige radiowaarnemingen, " zei Stassun. "Maar anders, veel van dezelfde kenmerken zijn er. Het is fascinerend hoe nauw deze twee binaire levensfasen elkaar weerspiegelen."