Σπάνια έκλειψη στο δυαδικό αστρικό σύστημα ΚΟΙ 3278. Astronomers discover first self-lensing binary star system

MAGNIFYING STAR. A white dwarf, the core of a dead star, contorts the light of the sunlike star it orbits, as seen in an artist’s illustration. The white dwarf’s gravity amplifies the light from its companion each time the white dwarf passes between the other star and Earth.

Αστρονόμοι του πανεπιστημίου της Ουάσινγκτον παρατήρησαν για πρώτη φορά ένα σπάνιο αστρονομικό φαινόμενο κατά το οποίο η έκλειψη σε ένα δυαδικό αστρικό σύστημα οδηγεί στην αύξηση της λαμβανόμενης ακτινοβολίας.

Το φαινόμενο είχε προβλέψει το 1973 ο Ελβετός αστρονόμος Αντρέ Μέντερ, ο οποίος εφάρμοσε τη γενική θεωρία της σχετικότητας για την περίπτωση των συστημάτων με δύο αστέρες. Σύμφωνα με τη θεωρία του Αϊνστάιν η παρουσία μεγάλης μάζας σε μία περιοχή προκαλεί κύρτωση στις ακτίνες του φωτός που τη διανύουν. Συνεπώς εάν ένα μικρό αλλά βαρύ άστρο παρεμβληθεί μπροστά από το συνοδό του σε ένα δυαδικό σύστημα, λειτουργεί ως βαρυτικός φακός ενισχύοντας την προσλαμβανόμενη ακτινοβολία.

Astronomers have observed a white dwarf acting as a magnifying glass for another, Sun-like star that it is orbiting. Credit: Eric Agol and NASA/SDO HMI science teams

Την ανακάλυψη έκανε τυχαία ο Ίθαν Κρουζ, ερευνητής του πανεπιστημίου της Ουάσινγκτον ο οποίος ασχολείται κατά κύριο λόγο με την εύρεση εξωπλανητών. Συγκεκριμένα, το Δεκέμβριο του 2013 ο Κρουζ είχε επικεντρωθεί στα δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Κέπλερ εστιάζοντας στο άστρο ΚΟΙ 3278, το οποίο αρχικά φαινόταν πως φιλοξενεί έναν πλανήτη.

Η μέθοδος για την ανακάλυψη εξωπλανητών έγκειται στην καταγραφή των περιοδικών διακυμάνσεων στην ακτινοβολία ενός άστρου: όταν ένας πλανήτης παρεμβάλλεται μεταξύ του άστρου και του παρατηρητή, η ακτινοβολία που λαμβάνει ο παρατηρητής φαίνεται μειωμένη. Εάν αυτή η μείωση παρατηρείται ανά τακτά χρονικά διαστήματα, σημαίνει πως υπάρχει μεγάλη πιθανότητα να κινείται ένας πλανήτης γύρω από αυτό το άστρο.

Geometry and light curve of the KOI-3278 system. As the white dwarf orbits a G dwarf (sun-like star) in this system, when the white dwarf passes in front of the G dwarf, it causes gravitational magnification, resulting in a pulse with a duration of 5 hours and height of 0.1%, while when it passes behind, it is blocked from view, causing an occultation and a dip, also of 0.1% (by coincidence). The black line represents the orbital flux as a function of time, relative to the flux only of the G dwarf (which is shown as a dotted line). This diagram is not to scale, and does not show the stellar variability or noise. For example, the pulse and occultation only last 5 hours out of the 88.2 days of the orbit, while in this diagram they last a much larger fraction of the orbit. Credit: Eric Agol

Στο ΚΟΙ 3278 ωστόσο, η διακύμανση της ακτινοβολίας ήταν περιοδική αλλά ο Κρουζ δεν κατέγραψε μείωση αλλά αντίθετα μία ανεπαίσθητη αύξηση της ακτινοβολίας κατά 0.1% κάθε 88 ημέρες, η οποία διαρκούσε περίπου πέντε ώρες.

Σύμφωνα με την επακόλουθη ανάλυση των δεδομένων η διακύμανση αυτή δεν οφείλεται σε κάποιον πλανήτη αλλά σε ένα λευκό νάνο, ένα μικρό και πυκνό αστέρι στα τελευταία στάδια της ζωής του δηλαδή ο οποίος απαρτίζει μαζί με το ΚΟΙ 3278 ένα δυαδικό αστρικό σύστημα.

«Είναι μία πολύ ευχάριστη έκπληξη, δεν περίμενα πως κάτι τέτοιο θα βρισκόταν στη διάρκεια της ζωής μου», δήλωσε ο Μέντερ, 72 ετών σήμερα.

Η ανακάλυψη αναμένεται να πυροδοτήσει την έρευνα για άλλα παρόμοια αντικείμενα τα οποία μπορούν να περιλαμβάνουν ακόμη πιο εξωτικά αντικείμενα, όπως αστέρες νετρονίων ή μαύρες τρύπες. Τέτοια συστήματα θα μπορούσαν να δώσουν περισσότερες πληροφορίες για τη φύση των αντικειμένων αυτών. Η έρευνα δημοσιεύεται στο επιστημονικό περιοδικό Science.