Lehdistötiedote

Valkoinen kääpiö sivaltaa punaista kääpiötä mystisellä säteellä

27. heinäkuuta 2016

ESO:n VLT-teleskooppia ja muita maan pinnalta sekä avaruudesta havaintoja tekeviä teleskooppeja käyttäneet tähtitieteilijät ovat havainneet uudenlaisen, eksoottisen kaksoistähden. Järjestelmässä AR Scorpii nopeasti pyörivä valkoinen kääpiötähti kiihdyttää elektroneja lähes valonnopeuteen. Nämä suurienergiaiset hiukkaset päästävät säteilypurkauksia, jotka sivaltavat tähtikumppania, punaista kääpiötä, ja saavat koko järjestelmän sykkimään dramaattisesti kerran 1.97 minuutissa säteilyä, joka ulottuu ultravioletista radioon. Tutkimus julkaistaan julkaisusarjassa Nature 28. heinäkuuta 2016.

Toukokuussa 2015 joukko tähtiharrastajia Saksasta, Belgiasta ja Iso-Britanniasta törmäsivät tähtijärjestelmään, jonka käyttäytyminen ei muistuttanut mitään aikaisemmin havaittua. Warwickin yliopiston johtamat jatkotutkimukset useita maan pinnalta ja avaruudesta havaintoja tekeviä teleskooppeja käyttäen [1] ovat nyt paljastaneet tämän aikaisemmin väärin luokitellun järjestelmän todellisen luonteen.

Tähtijärjestelmä AR Scorpii, tai lyhyesti vain AR Sco, sijaitsee Skorpionin tähdistössä (Scorpius) 380 valovuoden etäisyydellä Maasta. Se koostuu Maapallon kokoisesta, mutta 200 000 kertaa massiivisemmasta, nopeasti kieppuvasta valkoisesta kääpiöstä [2] ja kolmasosan Auringon massaisesta, viileästä punainen kääpiö -kumppanista, jotka kiertävät toisiaan kellon tarkkuudella 3.6 tunnin kosmisessa tanssissa.

Ainutlaatuisena piirteenä tämän kaksoistähtijärjestelmän käyttäytymisessä on jotakin raakaa. AR Sco:n valkoisen kääpiön voimakas magneettikenttä ja nopea pyöriminen kiihdyttävät elektroneja lähes valonnopeuteen. Näiden suurienergiaisten hiukkasten ruoskiessa avaruutta niistä vapautuu säteilyä majakan kaltaisena keilana, joka sivaltaa viileän punaisen kääpiötähden pintaa aiheuttaen koko järjestelmän kirkastumisen ja himmenemisen dramaattisesti kerran 1.97 minuutissa. Nämä voimakkaat pulssit käsittävät säteilyä radiotaajuuksilla, mitä ei ole milloinkaan ennen havaittu valkoisten kääpiöiden järjestelmissä.

Johtava tutkija Tom Marsh Warwickin astrofysiikan ryhmästä kommentoi: "AR Scorpii löydettiin yli 40 vuotta sitten, mutta sen todellista luonnetta ei osattu epäillä ennen kuin aloimme havaita sitä vuonna 2015. Tajusimme näkevämme jotakin epätavallista minuuttien sisällä havaintojen alkamisesta."

AR Sco:n havaitut ominaisuudet ovat ainutkertaisia. Ne ovat myös arvoituksellisia. Laajan taajuusalueen yli ulottuva säteily on osoitus magneettikenttien kiihdyttämien elektronien säteilystä, minkä voi selittää AR Sco:n kieppuva valkoinen kääpiö. Elektronien itsensä alkuperä on kuitenkin iso arvoitus. Ei ole selvää liittyvätkö ne valkoiseen kääpiöön vai sen viileämpään kumppaniin.

AR Scorpii löydettiin 1970-luvun alkupuolella ja säännölliset 3.6 tunnin jakson kirkkausmuutokset johtivat sen virheelliseen luokitteluun yksinäiseksi muuttuvaksi tähdeksi [4]. AR Scorpiin muuttuvan kirkkauden todellinen alkuperä paljastui tähtiharrastajien ja ammattitähtitieteilijöiden yhteistyön ansiosta. Samanlaista sykkivää käyttäytymistä on havaittu aikaisemmin, mutta valkoisten kääpiöiden sijasta neutronitähdissä, jotka kuuluvat maailmankaikkeuden tunnettujen kohteiden tiheimpiin.

Yksi uuden tutkimuksen kirjoittajista, Boris Gänsicke, myös Warwickin yliopistosta, päättää: "Olemme tunteneet sykkiviä neutronitähtiä lähes viiden vuosikymmenen ajan ja jotkin teoriat ennustivat, että valkoisilla kääpiöillä saattaisi olla samanlaista käyttäytymista. On hyvin jännittävää, että me olemme löytäneet juuri sellaisen järjestelmän ja se on ollut erinomainen esimerkki tähtiharrastajien ja tutkijoiden yhteistyöstä."

Lisähuomiot

[1] Tämän tutkimuksen taustalla olleet havainnot tehtiin seuraavilla havaintovälineillä: ESO:n VLT-teleskooppi (Very Large Telescope), joka sijaitsee Cerro Paranalilla Chilessä, Kanariansaarten La Palman saarella sijaitsevan Isaac Newton Groupin William Herschel ja Isaac Newton -teleskoopit, Australian Narrabrissa sijaitsevan Paul Wild -observatorion Australia Telescope Compact Array, NASA:n ja ESA:n Hubble-avaruusteleskooppi ja NASA:n Swift-satelliitti.

[2] Valkoiset kääpiöt muodostuvat myöhään enintään noin kahdeksan Auringon massaisten tähtien elinkaaressa. Tähden ytimen vetyfuusion sammuttua sisäiset muutokset heijastuvat dramaattisena laajenemisena punaiseksi jättiläiseksi, mitä seuraa kutistuminen, jonka yhteydessä tähden uloimmat kaasukerrokset leviävät avaruuteen suurena tomu- ja kaasupilvenä. Jäljelle jää valkoinen kääpiö, joka on suunnilleen Maapallon kokoinen, mutta 200 000 kertaa tiheämpi. Yksi lusikallinen valkoisen kääpiön materiaa painaa jokseenkin samanverran kuin elefantti täällä Maapallolla.

[3] Tämä punainen kääpiö on M-luokan tähti. M-luokan tähdet ovat Harvardin luokittelujärjestelmän yleisin luokka. Järjestelmä käyttää yksittäisiä kirjaimia luokittelemaan tähtiä niiden spektriluonteen mukaisesti. Järjestelmän luokat ovat järjestyksessä O, B, A, F, G, K ja M. Luokittelun muistisääntönä käytetään usein englanninkielistä hokemaa "Oh Be A Fine Girl, Kiss Me."

[4] Muuttuva tähti on tähti, jonka kirkkaus vaihtelee Maasta nähtynä. Kirkkausvaihtelut saattavat johtua tähden luonteenomaisten ominaisuuksien muutoksista. Jotkin tähdet esimerkiksi laajenevat ja supistuvat huomattavasti. Ne saattavat myös johtua siitä, että jokin toinen kohde pimentää tähden säännöllisesti. AR Scorpii luokiteltiin virheellisesti yksittäiseksi muuttuvaksi tähdeksi, sillä kahden tähden kiertäminen toisiaan johtaa myös säännöllisiin vaihteluihin havaitussa kirkkaudessa.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa "A radio pulsing white dwarf binary star”, jonka kirjoittivat T. Marsh et al. Tutkimusjulkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Nature 28. heinäkuuta 2016.

Tutkimusryhmään kuuluvat T.R. Marsh (University of Warwick, Coventry, Iso-Britannia), B.T. Gänsicke (University of Warwick, Coventry, Iso-Britannia),  S. Hümmerich (Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e.V., Saksa; American Association of Variable Star Observers (AAVSO), USA) , F.-J. Hambsch (Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e.V., Saksa; American Association of Variable Star Observers (AAVSO), USA; Vereniging Voor Sterrenkunde (VVS), Belgia), K. Bernhard (Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e.V., Germany; American Association of Variable Star Observers (AAVSO),USA), C.Lloyd (University of Sussex, Iso-Britannia), E. Breedt (University of Warwick, Coventry, Iso-Britannia), E.R. Stanway (University of Warwick, Coventry, Iso-Britannia), D.T. Steeghs (University of Warwick, Coventry, Iso-Britannia), S.G. Parsons (Universidad de Valparaiso, Chile), O. Toloza (University of Warwick, Coventry, Iso-Britannia), M.R. Schreiber (Universidad de Valparaiso, Chile), P.G. Jonker (Netherlands Institute for Space Research, Alankomaat; Radboud University Nijmegen, Alankomaat), J. van Roestel (Radboud University Nijmegen, Alankomaat), T. Kupfer (California Institute of Technology, USA), A.F. Pala (University of Warwick, Coventry, Iso-Britannia) , V.S. Dhillon (University of Sheffield, Iso-Britannia; Instituto de Astrofisica de Canarias, Espanja; Universidad de La Laguna, Espanja), L.K. Hardy (University of Warwick, Coventry, Iso-Britannia; University of Sheffield, Iso-Britannia), S.P. Littlefair (University of Sheffield, Iso-Britannia), A. Aungwerojwit (Naresuan University, Thaimaa),  S. Arjyotha (Chiang Rai Rajabhat University, Thaimaa), D. Koester (University of Kiel, Saksa),  J.J. Bochinski (The Open University, Iso-Britannia), C.A. Haswell (The Open University, Iso-Britannia), P. Frank (Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e.V., Saksa) ja P.J. Wheatley (University of Warwick, Coventry, Iso-Britannia).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on yksi maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, ALMA-teleskoopin pääyhteistyökumppaneista. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista E-ELT -teleskooppia (European Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
• Valokuvia VLT-teleskoopista

Yhteystiedot

Tom Marsh
Department of Physics, University of Warwick
Coventry, United Kingdom
Puh.: +44 24765 74739
Sähköposti: t.r.marsh@warwick.ac.uk

Boris Gänsicke
Department of Physics, University of Warwick
Coventry, United Kingdom
Puh.: +44 24765 74741
Sähköposti: Boris.Gaensicke@warwick.ac.uk

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: rhook@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media