Një yll po 'përpin' ngadalë një xhuxh kafe, procesi mund të zgjasë miliarda vjet

Astronomët kanë zbuluar një sistem yjor të pazakontë, rreth 300 vite-dritë larg Tokës, ku një yll i vogël po konsumon ngadalë një xhuxh kafe aty pranë, një objekt që është tepër masiv për të qenë planet, por tepër i vogël për të qenë një yll i mirëfilltë. Ndryshe nga yjet që i përpijnë shpejt trupat qiellorë shoqërues, ky yll po i merr materialin gradualisht, në një proces që mund të vazhdojë për miliarda vjet.

NJË YLL PO FESTON DUKE U USHQYER PËR MILIARDA VJET

Ilustrim artistik i ZTF J0440+2325, një xhuxh kafe (djathtas) dhe një xhuxh i kuq (majtas), që rrotullohen rreth njëri-tjetrit çdo 86,65 minuta. Xhuxhi kafe derdh material mbi shoqëruesin e tij, ndërsa rrjedha e materialit godet sipërfaqen e xhuxhit të kuq, duke ngrohur një zonë të madhe dhe të nxehtë në pikën e goditjes. Krediti: Aaron Householder (MIT).

Astronomët kanë zbuluar një sistem yjor të pazakontë, rreth 300 vite-dritë larg Tokës, ku një yll i vogël po konsumon gradualisht një xhuxh kafe aty pranë. Në vend që ta përpijë shoqëruesin e tij në një ngjarje të vetme dhe dramatike, ylli po tërheq vazhdimisht material prej tij, duke krijuar një proces ushqimi kozmik që mund të vazhdojë për miliarda vjet.

Shumica e planetëve, përfshirë Tokën, lëvizin rreth yjeve të tyre në orbita relativisht të qëndrueshme. Por këto konfigurime të qeta ndonjëherë mund të përfundojnë në mënyrë të dhunshme. Nëse një planet afrohet tepër pranë yllit të tij, graviteti i yllit mund ta tërheqë drejt vetes dhe përfundimisht ta përpijë.

Shkencëtarët kanë vëzhguar shumë sisteme planetare me orbita të qëndrueshme, si edhe një numër të vogël yjesh që janë kapur në procesin e përpirjes së shpejtë të planetëve shoqërues. Tani, studiuesit kanë identifikuar një rast që gjendet mes këtyre dy skajeve.

Në një studim të botuar më 5 tetor në revistën Nature Astronomy, një ekip ndërkombëtar, i udhëhequr nga shkencëtarë të MIT-it, përshkruan një yll që po ushqehet ngadalë me një xhuxh kafe, një objekt më masiv se një planet tipik, por jo aq masiv sa të mund të mbajë procesin e shkrirjes së hidrogjenit, i cili furnizon me energji yjet e zakonshëm.

Sistemi, i emërtuar ZTF J0440+2325, ndodhet brenda galaktikës sonë, Rrugës së Qumështit, rreth 300 vite-dritë larg. Ai përbën rastin e parë të vëzhguar të një ylli me masë të vogël që tërheq në mënyrë të vazhdueshme material nga një objekt tjetër me masë të vogël.

Ajo që është edhe më e jashtëzakonshme, transferimi i materialit duket se po ndodh aq ngadalë, sa ylli mund të vazhdojë të ushqehet me shoqëruesin e tij për qindra mijëra vjet, madje potencialisht edhe për miliarda vjet.

“Kur mendojmë për ndërveprimin e yjeve me planetët ose xhuxhët kafe, gjithmonë përfytyrojmë që ylli përfundimisht e përpin objektin tjetër”, thotë Kevin Burdge, profesor asistent i fizikës në MIT. “Kjo është ajo që do t’i ndodhë Tokës kur Dielli të shndërrohet në një gjigant të kuq. Por këtu kemi gjetur një alternativë: në vend që ta përpijë tërësisht objektin, ylli mund ta konsumojë gradualisht, për miliarda vjet.”

Në ekipin kërkimor të MIT-it bëjnë pjesë gjithashtu Aaron Householder, Kaitlyn Shin, Saul Rappaport, Joheen Chakraborty dhe Emma Chickles. Studiues të tjerë bashkëpunuan nga Caltech, Universiteti i Havait, Instituti i Astrofizikës së Ishujve Kanarie dhe Universiteti i La Lagunës në Spanjë, si dhe Qendra Harvard-Smithsonian për Astrofizikën.

Një sinjal misterioz që i hutoi astronomët për vite me radhë

Shenja e parë e kësaj marrëdhënieje të pazakontë yjore erdhi nga Zwicky Transient Facility (ZTF), një program vëzhgimi astronomik që kërkon objekte, shkëlqimi i të cilave ndryshon me kalimin e kohës.

ZTF funksionon me anë të një teleskopi në Observatorin Palomar, në Kaliforni, dhe fotografon vazhdimisht pjesë të mëdha të qiellit të natës. Kamera e tij e ndjeshme mund të zbulojë ndryshime të papritura ose të pazakonta të dritës, të cilat mund të tregojnë ngjarje kozmike të fuqishme, përfshirë shpërthimet e yjeve të quajtura supernova, shpërthimet e rrezeve gama dhe përplasjet mes yjeve neutronikë.

Disa vite më parë, ndërsa shqyrtonte vëzhgimet e mbledhura nga ZTF, Burdge vuri re një model veçanërisht të çuditshëm.

Astronomët studiojnë ndryshimet e shkëlqimit të një objekti duke përdorur një grafik të quajtur kurba e dritës. Për disa supernova, këto grafikë formojnë një trajtë të rrumbullakosur, të ngjashme me një zile, ndërsa ylli që shpërthen bëhet më i ndritshëm dhe më pas zbehet gradualisht.

Sinjali që hasi Burdge dukej krejtësisht ndryshe. Në vend të një rritjeje dhe rënieje të butë, shkëlqimi përsëriste një model që i ngjante një trekëndëshi.

“Më kujtohet që, kur e pashë për herë të parë, mendova: yjet nuk prodhojnë forma valore trekëndore si kjo”, kujton ai.

Në atë kohë, Burdge dhe kolegët e tij po hetonin një sinjal tjetër të pazakontë, i cili rezultoi se vinte nga një sistem i njohur si “sistemi binar vejushë e zezë”.

Këto sisteme përmbajnë një yll neutronik, mbetjen jashtëzakonisht të dendur të një ylli masiv, i cili rrotullohet me shpejtësi, ndërsa i shkëput material një shoqëruesi shumë më të vogël. Ata janë emërtuar sipas merimangave vejushë të zeza, për shkak të mënyrës se si ylli neutronik e shkatërron gradualisht partnerin e tij.

Fillimisht, Burdge mendoi se sinjali trekëndor që përsëritej mund të vinte nga një tjetër sistem i tillë. Megjithatë, vëzhgimet nuk përputheshin me atë që astronomët prisnin zakonisht.

Në një sistem tipik binar vejushë e zezë, kontrasti i madh mes masave të dy objekteve krijon një lëvizje karakteristike. Shoqëruesi më i vogël lëviz me shpejtësi rreth yllit neutronik shumë më të rëndë, duke shkaktuar ndryshime të dallueshme në dritën që arrin në Tokë.

Por sinjali misterioz trekëndor nuk tregonte asnjë shenjë të së njëjtës lëvizje të theksuar.

“Nuk po e shihnim atë lëvizje të vrullshme para-prapa këtu”, thotë Burdge. “Kjo nuk kishte kuptim. Nuk mund ta shpjegonim se çfarë ishte.”

Kjo mospërputhje i shtyu studiuesit të shqyrtonin një mundësi tjetër. Ndoshta sistemi nuk përmbante një objekt jashtëzakonisht masiv të çiftuar me një shoqërues shumë më të lehtë. Përkundrazi, të dy objektet mund të kishin masa relativisht të vogla, duke u lejuar të rrotulloheshin rreth njëri-tjetrit me lëvizje shumë më pak të theksuara.

“Nëse masa e përgjithshme e sistemit është më e vogël, objektet mund të rrotullohen qetësisht rreth njëri-tjetrit, pa lëvizje të vrullshme para-prapa”, thotë Burdge. “Kjo ishte ideja. Por nuk kishim kurrë prova. Dhe ky sinjal i çuditshëm në formë trekëndëshi mbeti i pashpjeguar për vite me radhë.”

Një xhuxh kafe që rrotullohet rreth yllit të tij çdo 87 minuta

Përfundimisht, Burdge dhe Aaron Householder, student pasuniversitar në Departamentin e Shkencave të Tokës, Atmosferës dhe Planetëve në MIT, iu rikthyen sinjalit të pashpjeguar.

Duke përdorur vëzhgimet fillestare të ZTF-së, ata identifikuan burimin e tij si një objekt që ndodhet rreth 300 vite-dritë larg, në Rrugën e Qumështit. Më pas, ata drejtuan disa teleskopë nga sistemi ZTF J0440+2325 për të hetuar më hollësisht karakteristikat e tij.

Një matje kyçe përfshinte përcaktimin se sa lëviznin objektet e sistemit si pasojë e tërheqjes së ndërsjellë gravitacionale. Megjithëse studiuesit zbuluan njëfarë lëkundjeje, ajo ishte shumë më e vogël se lëvizja që lidhet zakonisht me sistemet binare vejushë e zezë.

“Ky ishte faktori vendimtar për këtë sistem”, thotë Householder. “Kur matëm atë lëkundje, zbuluam se nuk po vëzhgonim një sistem vejushë e zezë. Ky ishte një yll me masë të vogël, rreth të cilit rrotullohej një xhuxh kafe. Amplituda e lëkundjes ishte tepër e vogël që sistemi të ishte diçka tjetër.”

Vëzhgimet zbuluan dy objekte jashtëzakonisht kompakte, që rrotulloheshin rreth njëri-tjetrit në një distancë shumë të vogël.

Ylli qendror ka një masë afërsisht 85 herë më të madhe se masa e Jupiterit, ndërsa xhuxhi kafe ka një masë rreth 25 herë më të madhe se ajo e Jupiterit. Për krahasim, Dielli ka një masë më shumë se 1.000 herë më të madhe se ajo e Jupiterit.

Xhuxhit kafe i duhen vetëm 87 minuta për të përfunduar një rrotullim të plotë rreth yllit të tij. Orbita e tij është aq e vogël, sa do të mund të përfshihej brenda diametrit të Diellit.

Kjo vendosje jashtëzakonisht e afërt sugjeroi se graviteti mund të bënte më shumë sesa thjesht t’i mbante objektet në orbitë. Studiuesit dyshuan se ylli mund të ishte duke tërhequr në mënyrë aktive lëndë nga xhuxhi kafe.

Shkencëtarët zbulojnë një formë të re të kanibalizmit yjor

Kur një objekt astronomik tërheq gaz ose material tjetër nga një objekt tjetër, astronomët e quajnë këtë proces akrecion.

Akrecioni është veçanërisht i njohur në sistemet që përfshijnë vrima të zeza dhe yje neutronikë. Megjithëse këto objekte mund të jenë jashtëzakonisht masive, përmasat e tyre fizike janë relativisht të vogla. Për shembull, materiali që bie drejt një vrime të zezë shpesh formon një disk rrotullues rreth saj përpara se të lëvizë drejt brendësisë.

Por ZTF J0440+2325 duket se funksionon ndryshe.

Në vend që materiali të grumbullohet nga një vrimë e zezë ose një yll neutronik, një yll i zakonshëm me masë të vogël po merr material nga një xhuxh kafe aty pranë. Meqenëse ylli ka një sipërfaqe fizike shumë më të madhe se një objekt kompakt, siç është një vrimë e zezë, materiali që mbërrin mund ta godasë drejtpërdrejt atë.

“Dallimi këtu është se objekti që thith lëndën nuk është një vrimë e zezë e vogël, por një yll, i cili është relativisht i madh për nga përmasat”, shpjegon Burdge. “Prandaj, materia përplaset drejtpërdrejt me sipërfaqen e tij, me shpejtësi shumë të larta, si një asteroid që godet Hënën.”

Për të hetuar nëse kjo po ndodhte vërtet, studiuesit krijuan simulime kompjuterike të sistemit.

Ata modeluan grimcat që vinin nga xhuxhi kafe dhe llogaritën se si do të lëviznin ato nën ndikimin gravitacional të të dy objekteve. Simulimet përfshinë vetitë e matura të yllit dhe të shoqëruesit të tij, si edhe ekuacionet fizike që përcaktojnë lëvizjen orbitale.

Rezultatet mbështetën dyshimin e ekipit. Materiali që largohej nga xhuxhi kafe ndiqte trajektore që e çonin drejtpërdrejt drejt yllit.

“Kur gjurmojmë këto grimca provë, shohim se ato bien vërtet drejtpërdrejt mbi sipërfaqen e yllit”, thotë Householder. “Kjo është hera e parë që kemi kapur një yll me masë të vogël duke grumbulluar në mënyrë aktive material nga një objekt tjetër me masë të vogël.”

Një festë kozmike që mund të vazhdojë për miliarda vjet

Ekipi vlerësoi gjithashtu shpejtësinë me të cilën xhuxhi kafe po humbet material.

Sipas llogaritjeve të tyre, ylli po konsumon afërsisht një të qindtëmijtatën e masës së Tokës çdo vit.

Kjo sasi mund të duket e papërfillshme, por përfaqëson një sasi të jashtëzakonshme materiali. Studiuesit e krahasojnë atë me rreth 40 milionë ngarkesa kamionësh transportues mbetjesh, ose afërsisht 1,3 trilionë burrito me peshë një paund secila në çdo sekondë.

Pavarësisht këtyre shifrave marramendëse, xhuxhi kafe është aq masiv, sa humbja e këtij materiali përfaqëson vetëm një pjesë të vogël të masës së tij totale.

Në terma astronomikë, procesi i ushqimit është jashtëzakonisht gradual.

Bazuar në vetitë e sistemit dhe në shpejtësinë e vlerësuar të transferimit të masës, studiuesit besojnë se ylli mund të vazhdojë të tërheqë lëndë nga shoqëruesi i tij për miliarda vjet.

Në vend të një përplasjeje të papritur dhe katastrofike që shkatërron objektin më të vogël, ylli duket se po mban një rrjedhë relativisht të qëndrueshme materiali nga objekti pranë tij.

Ky zbulim ndihmoi gjithashtu në shpjegimin e modelit të çuditshëm trekëndor të dritës, i cili fillimisht tërhoqi vëmendjen e Burdge.

Ndërsa materiali rrjedh nga xhuxhi kafe drejt yllit, ai godet sipërfaqen yjore me shpejtësi të larta, duke krijuar një zonë jashtëzakonisht të nxehtë.

Kjo njollë e ndritshme vepron si një top zjarri i vazhdueshëm mbi yll.

Ndërsa xhuxhi kafe lëviz përgjatë orbitës së tij 87-minutëshe, njolla e nxehtë rrotullohet vazhdimisht duke hyrë dhe dalë nga fusha e shikimit të vëzhguesit. Këto ndryshime në dukshmëri prodhojnë modelin karakteristik të rritjes dhe zbehjes së shkëlqimit, të cilin astronomët kishin pasur vështirësi ta kuptonin.

“Është sikur të kesh një top zjarri të vazhdueshëm mbi njërin prej objekteve dhe, ndërsa njëri rrotullohet rreth tjetrit, ajo njollë e nxehtë hyn dhe del nga fusha e shikimit. Kulmi i sinjalit trekëndor ndodh kur po e shikon drejtpërdrejt topin e zjarrit”, shpjegon Burdge.

Një sistem yjor i çuditshëm hap një dritare të re drejt evolucionit planetar

Tani që sinjali trekëndor është shpjeguar përfundimisht, studiuesit janë të interesuar të identifikojnë sisteme të tjera yjore që sillen në mënyrë të ngjashme.

Deri më tani, vëzhgimet e ndërveprimeve të afërta midis yjeve dhe trupave të tyre planetarë shoqërues janë përqendruar kryesisht te orbitat e qëndrueshme ose te ngjarjet relativisht të shpejta të përpirjes.

ZTF J0440+2325 tregon se ekziston edhe një mundësi tjetër. Në kushtet e duhura, një yll i vogël mund të nxjerrë vazhdimisht material nga një xhuxh kafe aty pranë, pa e shkatërruar menjëherë atë.

Zbulimi i rasteve të tjera mund t'i ndihmojë astronomët të përcaktojnë se sa i përhapur është ky proces, sa gjatë mund të vazhdojë dhe çfarë ndodh përfundimisht me objektet e bllokuara në marrëdhënie kaq jashtëzakonisht të afërta.

Ky zbulim mund të ofrojë gjithashtu njohuri të reja për evolucionin e planetëve dhe xhuxhëve kafe që rrotullohen pranë yjeve të tyre pritës.

“Ky zbulim po na frymëzon të ndërmarrim shumë kërkime të reja”, thotë Householder. “Mendoj se do të mësojmë shumë për një mënyrë tjetër se si planetët dhe xhuxhët kafe ndërveprojnë me yjet e tyre pritës.”/ScienceDaily