The Knowledge Frontier

Anga na falakiChapisho la awaliUchunguziDakika 4 za kusoma

NYOTA ILIYOVULIWA, MWENZI ALIYEJIFICHA, MZUNGUKO WA SAA 4.2

Nyota ndogo yenye joto kali sana katika Wingu Dogo la Magellan, nje ya Njia Nyeupe, hukamilisha mzunguko mmoja kila baada ya saa 4 na dakika 10 kuzunguka mwenzi asiyetoa mwanga wowote. Jina lake ni DGL-3, na mwenzi wake aliyejificha kwa uwezekano mkubwa ni nyota ya nyutroni, kiini kilichoporomoka chenye msongamano mkubwa mno kinachobaki nyota kubwa inapolipuka.

Nyota iliyoambuliwa tabaka zake za nje

DGL-3 ni nyota iliyovuliwa (stripped star): imepoteza ganda lake la nje lenye hidrojeni nyingi katika mwingiliano na mwenzi wake. Kilichobaki ni kidogo na kilichoshikamana, chenye joto kali, chenye hidrojeni kidogo, na huchoma heliamu katikati yake.

  • Uzito: takriban mara 3.4 ya ule wa Jua, uliokadiriwa kutokana na mwangaza wake, kwa ukingo wa makosa usio na ulinganifu kabisa (uzito wa Jua 2.96 hadi 7.72).
  • Nusukipenyo: takriban mara 0.77 ya kile cha Jua; joto la uso: takriban kelvini 71,000; hidrojeni: 10% tu ya uso wake.

Nyota za uzito huu wa “kati” ni nzito vya kutosha kiini chake kuporomoka kuwa nyota ya nyutroni, lakini si nzito vya kutosha kuunda shimo jeusi. Katika vielelezo vya sasa, jozi za nyota za nyutroni zinazobana vya kutosha kuungana, zikisokotana kuelekeana huku zikitoa mawimbi ya mvutano, kwanza hupitia hatua hii hasa: nyota ya nyutroni inayozunguka nyota iliyovuliwa. Hatua hiyo ilikuwa haijawahi kuonekana moja kwa moja, na viwango vya muungano vinavyotabiriwa vinatofautiana kwa ngazi kadhaa za ukubwa (orders of magnitude).

Kupima uzito wa mwenzi asiyeng’aa

Timu ilikusanya spektra 38 kwa darubini ya Magellan ya mita 6.5 nchini Chile kati ya 2019 na 2022. Mistari ya spektra ya nyota — mistari myeusi katika rangi mahususi za mwanga wake — huhamia upande wa buluu inapotukaribia na upande wa nyekundu inapoondoka (athari ya Doppler); inaonyesha ikienda kuelekea kwetu na kuondoka kwa kasi ya hadi km 151.4/s, katika mzunguko wa duara unaokamilika kila baada ya saa 4.1693.

Kipindi na kasi vinatoa kitendakazi cha uzito (mass function), kinachohusisha uzito wa mwenzi na uzito wa nyota yenyewe na mwinamo wa mzunguko kama unavyoonekana kutoka Duniani (inclination yake). Mzunguko unaoonekana kwa ubavu kamili unatoa mwenzi mwepesi zaidi ambaye mzunguko unaruhusu; kwa kuzingatia uzito usio na uhakika wa nyota, thamani ya kawaida ya kiwango hicho cha chini ni uzito wa Jua 1.38 ± 0.25, chini kidogo tu ya 1.4 ambayo kibete cheupe kinaweza kufikia (tazama hapa chini). Kwa hiyo mzunguko peke yake hauwezi kuondoa uwezekano wa kibete cheupe.

  • Si nyota ya kawaida: nyota yenye uzito huo ingekuwa kubwa mno kutoshea ndani ya mzunguko unaobana hivyo.
  • Si nyota ya pili iliyovuliwa: wenzi bandia waliovuliwa walioingizwa kwenye spektra halisi waligunduliwa kila mara, lakini data halisi haionyeshi dalili yoyote.

Kinachobaki ni kitu kilichoshikamana (compact object): kibete cheupe (kiini kizito kinachobaki cha nyota nyepesi zaidi), nyota ya nyutroni au shimo jeusi.

99.4% kutokana na myumbo wa 2.5%

Tarehe 18 Desemba 2022, kamera ya kasi kwenye darubini ya mita 3.5 huko La Silla ilipiga picha ya DGL-3 kila baada ya sekunde 20 kwa takriban saa 3.4. Mwangaza wake hupanda na kushuka kwa takriban 2.5%, mara mbili kwa kila mzunguko: mvutano wa mwenzi huivuta nyota kidogo kuwa umbo la yai, ambalo ubavu wake mrefu tunauona mara mbili kwa kila mzunguko, kwa kiasi kinachotegemea uzito wa mwenzi na mwinamo.

Timu iliendesha vielelezo 500,000 vya mkunjo huu wa mwanga na kupima kila kimoja kulingana na jinsi kinavyolingana na data. Kwa uzito wa mwenzi:

  • thamani inayowezekana zaidi ni uzito wa Jua 1.58;
  • ni 0.6% tu ya uwezekano iliyo chini ya uzito wa Jua 1.4, kikomo cha Chandrasekhar kinachoondoa uwezekano wa kibete cheupe: kwa hiyo kuna uwezekano wa 99.4% kwamba mwenzi ni mzito mno kuweza kuwa kibete cheupe;
  • ni 3.4% tu iliyo katika masafa ya mashimo meusi yaliyothibitishwa; sehemu iliyobaki ya mkia mzito iko katika pengo kati ya nyota za nyutroni na mashimo meusi.

Kwa hiyo nyota ya nyutroni ndiyo mwenzi anayewezekana zaidi: ni uwezekano, si uthibitisho. Darubini za eksirei hazikugundua chochote; nyota ya nyutroni inayomeza gesi kutoka kwa mwenzi wake ingeng’aa katika eksirei, lakini waandishi wanaona ukimya huo unapatana na nyota ya nyutroni inayolishwa na upepo dhaifu wa nyota.

Siku zijazo zilizoandikwa na kielelezo cha kompyuta

Kisha timu ilikuza mfumo huo kwa programu ya mageuko ya nyota MESA: nyota iliyovuliwa ya uzito wa Jua 3.6, nyota ya nyutroni ya 1.4, mzunguko wa saa 4.2. Kinachofuata ni utabiri, si uchunguzi.

  1. Nyota inaendelea kuchoma heliamu katika kiini chake kwa miaka milioni 1.4 zaidi, kisha inavimba. Katika mzunguko unaobana hivyo, kukua kwa nusu ya nusukipenyo cha Jua tu kunaifanya ifurike na kumimina gesi kwa mwenzi wake.
  2. Katika kipindi cha miaka 26,000, uzito wa Jua 1.2 hutorokea angani. Nyota ya nyutroni humeza uzito wa Jua 0.00072 tu, kiasi cha kutosha kuizungusha kwa kasi hadi mzunguko mmoja kila baada ya milisekunde 79. Obiti hubana hadi saa 1.9.
  3. Ikiwa imevuliwa hidrojeni yake yote, nyota hulipuka kama supanova na kuacha nyota ya pili ya nyutroni. Kwa kasi ya obiti ya karibu km 800/s, ni msukumo mkubwa usio wa kawaida tu — mrudisho ambao mlipuko unaweza kumpa nyota mpya ya nyutroni — ungeweza kuitenganisha jozi hiyo.
  4. Mlipuko unapeperusha takriban masi moja ya Jua ya gesi. Zinabaki nyota mbili za nyutroni, katika obiti pana zaidi, iliyorefuka ya saa 4.4, na zinaungana miaka milioni 220 baadaye.

Mahali ambapo utabiri unaweza kuvunjika

Kiungo dhaifu zaidi, kwa mujibu wa waandishi, ni kiasi cha momentamu ya angular, “kiasi cha mzunguko” wa obiti, ambacho gesi inayotoroka hubeba. Katika kimoja kati ya vibadala saba vya kielelezo, gesi iliyopotea huunda diski kuzunguka nyota zote mbili, na jozi huungana kabla ya supanova ya pili. Katika vile sita vingine, nyota mbili za nyutroni huundwa na hatimaye kuungana, kati ya miaka milioni 175 na bilioni 7.9 baadaye.

DGL-3 iko umbali wa takriban parseki 60,600 — takriban miaka ya mwanga 200,000 (parseki moja ni takriban miaka ya mwanga 3.26). Kama ingekuwa karibu mara 60 hadi 600 zaidi, ndani ya parseki 100 hadi 1,000, vituo vya kuchunguza mawimbi ya mvutano ya masafa ya chini kama LISA vingeigundua, waandishi wanabainisha.