Ein internationales Team von Astronomen hat nur das zweite und dritte Beispiel einer seltenen Art von Sternensystem identifiziert, das aus zwei sich gegenseitig umkreisenden Zentralsternen besteht, die von einer bemerkenswerten Scheibe aus Gas und Staub umgeben sind.
„Wenn es in einem dieser Systeme einen Planeten gäbe, wäre es wie der Planet Tatooine aus Star Wars“, sagt Michael Poon, ein Ph.D. Student am David A. Dunlap Department of Astronomy & Astrophysics der Faculty of Arts & Science und einer von zwei Forschern der University of Toronto, die an der Entdeckung beteiligt waren.
„Du würdest zwei Sonnen am Himmel sehen, die sich gegenseitig umkreisen. Außerdem gibt es eine Scheibe um die Sterne. Stell dir die Ringe des Saturn vor, aber viel, viel größer – mit den Sternen in der Mitte.“
Solche Scheiben werden als protoplanetare Scheiben bezeichnet, weil sie sich schließlich zu Familien von Planeten wie unserem Sonnensystem formen. Die neu entdeckten Systeme sind selten, weil ihre Scheiben in einem Winkel zu den Umlaufbahnen ihrer Zentralsterne liegen.
„Die Entdeckung solcher Objekte ist wichtig für unser Verständnis der Planetenentstehung“, sagt JJ Zanazzi, Postdoktorand am Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA) der Fakultät. „Planeten werden aus ihnen geboren, also zeigt die Existenz von Scheiben um Doppelsterne, dass wir wahrscheinlich mehr Planeten finden werden, die Doppelsterne umkreisen.
„Sie werden uns auch helfen zu verstehen, ob Leben auf einem Planeten existieren kann, der einen Doppelstern in einem Winkel umkreist, weil diese Ausrichtung die Temperatur und andere Bedingungen beeinflusst.“
Die Entdeckung der neuen Objekte mit den Bezeichnungen Bernhard-1 und Bernhard-2 wird in einem Artikel beschrieben, der am 4. Juli veröffentlicht wird Die Briefe des astrophysikalischen Journals.
Der Hauptautor ist Wei Zhu von der Tsinghua-Universität in Peking, ehemals Postdoktorand am Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA) der Faculty of Arts & Science. Zanazzi und Poon sind Co-Autoren von U of T.
Bernhard-1 und Bernhard-2 sind so weit entfernt, dass wir ihre beiden Zentralsterne nicht einzeln sehen können (solche Sternpaare sind als Doppelsterne bekannt). Stattdessen sehen wir nur einen einzigen Lichtpunkt und messen die Gesamthelligkeit der Binärdatei.
Die Forscher identifizierten die neuen Objekte, indem sie die komplexen und markanten Helligkeitsschwankungen analysierten, die durch ihre ungewöhnliche Geometrie verursacht wurden. Ein Diagramm dieser Variationen über die Zeit wird als Lichtkurve bezeichnet, und die Lichtkurven der neuen Systeme stimmen mit denen des ersten jemals entdeckten Systems dieser Art überein – einem Objekt, das als Kearns Herbst 15D (KH 15D) bezeichnet wird.
Die Lichtkurven von Bernhard-1 und Bernhard-2 sinken alle 192 Tage für 112 Tage auf einen Bruchteil ihrer Spitzenhelligkeit; letzteres für 20 Tage alle 62 Tage. Diese Einbrüche sind das Zeichen dafür, dass sich einer der Sterne in jeder Binärdatei von der Erde aus gesehen hinter der Scheibe bewegt. Wenn der Stern wieder auftaucht, kehrt die Helligkeit des Systems zur Normalität zurück.
Als die Co-Autoren aktuelle Beobachtungen mit jahrzehntelangen Archivdaten verglichen, stellten sie fest, dass beide Objekte über viel längere Zeiträume in ihrer Helligkeit variierten. Frühere Analysen von KH 15D durch Poon, Zhu und Zanazzi kamen zusammen mit der Arbeit anderer Forscher zu dem Schluss, dass dieses Langzeitmuster zeigte, dass die Scheibe und die Sterne in einem Winkel zueinander standen.
Da Doppelsterne und ihre protoplanetaren Scheiben aus derselben riesigen, sich drehenden Materialwolke kondensieren, liegt die Scheibe typischerweise in derselben Ebene wie die Umlaufbahnen der Sterne – genau wie die Umlaufbahnen der meisten Planeten und Monde in unserem Sonnensystem das gleiche Flugzeug. Stellen Sie sich zwei Eiskunstläufer vor, die sich an den Händen halten und umeinander herumwirbeln, während andere Eisläufer das Paar umkreisen; alle laufen auf derselben Ebene der Eisoberfläche Schlittschuh.
Aber KH 15D, Bernhard-1 und Bernhard-2 sind insofern selten, als ihre zirkumbinären Scheiben in einem Winkel zu den Ebenen der umlaufenden Sterne stehen. Aufgrund dieser Neigung wackeln die Scheiben wie ein Kreisel, eine Bewegung, die als Präzession bezeichnet wird, wenn sie sich zwischen uns und den Sternen bewegen, wodurch das Licht der Zentralsterne schwächer wird. Bei KH 15D könnte dieser Dimmzyklus zwischen 60 und 6.000 Jahre dauern.
Die beiden Arten von Helligkeitsvariationen ergeben zusammen die charakteristische Lichtkurve von KH 15D-ähnlichen Objekten.
Die Entdeckung von Bernhard-1 und Bernhard-2 erfolgte, als Klaus Bernhard, Amateurastronom und Mitglied der Bundesdeutschen Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne, Daten der Zwicky Transient Facility analysierte. Das Instrument des ZTF vermisst alle zwei Tage den gesamten Nordhimmel und liefert über lange Zeiträume hinweg Daten zu unzähligen Objekten.
Beim Durchkämmen der Daten entdeckte Bernhard KH 15D-ähnliche Kandidaten. Anschließend teilte er seine Ergebnisse Poon, Zanazzi und Zhu mit, deren weitere Analyse Bernhard-1 und Bernhard-2 ergab.
Nachdem die Forscher nun zwei weitere dieser seltenen Himmelsobjekte gefunden haben, sind sie optimistisch, dass weitere Entdeckungen folgen werden.
„Erst diesen Monat hat Gaia seine neuesten Daten veröffentlicht“, sagt Zanazzi über die Weltraummission, die seit ihrem Start im Jahr 2013 eine Milliarde Sterne in der Milchstraße beobachtet hat. „Und jetzt, da wir dieses Modell für diese Objekte haben, können wir Wir hoffen, dass wir damit weitere Objekte finden können, die wir der Liste hinzufügen können.“
„Wir hoffen auch, dass mehr Beobachter Bernhard-1 und Bernhard-2 für längere Zeit beobachten werden“, sagt Poon. „Wir haben Glück, dass KH 15D zu einem besonderen Zeitpunkt beobachtet wurde, an dem seine Ausrichtung das Licht der Zentralsterne schwächer werden lässt. Wir sind zuversichtlich, dass Bernhard-1 und Bernhard-2 auch in dieser günstigen Ausrichtung existieren, also mehr haben Beobachtungen werden unser Verständnis dieser seltenen Objekte erweitern.“
Wei Zhu et al., Zwei KH 15D-ähnliche Kandidatensysteme aus der Zwicky Transient Facility, Die Briefe des astrophysikalischen Journals (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac7b2d