U svemiru je većina zvijezda organizirana u parovima. Iako je naše Sunce usamljeno, mnoge zvijezde slične Suncu kruže oko drugih zvijezda. Posebno zanimljive su kombinacije poput crnih rupa koje orbitiraju jedna oko druge. Ipak, rijetka kombinacija je ona između zvijezde nalik Suncu i neutronske zvijezde.

Tim astronoma, pod vodstvom Kareema El-Badryja s Caltecha, identificirao je 21 binarni sustav u kojem neutronske zvijezde kruže oko zvijezda sličnih Suncu. Neutronske zvijezde su guste jezgre masivnih zvijezda koje su prošle kroz eksploziju supernove. Te zvijezde su tamne i vrlo slabe, što otežava njihovo direktno promatranje. Iako su znatno masivnije od zvijezda sličnih Suncu, obje zvijezde orbitiraju oko zajedničkog središta mase. Kao rezultat toga, neutronske zvijezde uzrokuju sitne promjene u položaju njihovih zvjezdanih partnera.

Zahvaljujući misiji Gaia Europske svemirske agencije, astronomi su uspjeli otkriti ovu novu populaciju tamnih neutronskih zvijezda. Misija Gaia kontinuirano skenira nebo, mjereći sitne pomake više od milijarde zvijezda, što povećava šanse za pronalazak rijetkih objekata.

Novi rezultati
Studija, objavljena u časopisu The Open Journal for Astrophysics, koristi podatke iz nekoliko teleskopa na Zemlji, uključujući W. M. Keck Opservatorij na Maunakea na Havajima, La Silla Opservatorij u Čileu i Whipple Opservatorij u Arizoni. Ovi teleskopi su pomogli potvrditi opažanja Gaia misije i omogućili detaljnije proučavanje masa i orbita skrivenih neutronskih zvijezda.

Iako su neutronske zvijezde već ranije otkrivene u orbitama oko zvijezda nalik Suncu, ti sustavi su obično mnogo kompaktniji. U takvim sustavima, neutronska zvijezda može preuzeti masu od svoje zvjezdane pratiteljice, što uzrokuje emitiranje jarkih X-zraka ili radijskih valova. Nasuprot tome, neutronske zvijezde u ovoj studiji su znatno udaljenije od svojih partnera, otprilike jedna do tri puta udaljenost između Zemlje i Sunca, što znači da ne dolazi do prijenosa mase i one ostaju tamne.

Gravitacijski efekti
Ove neutronske zvijezde su otkrivene isključivo zbog svojih gravitacijskih efekata. "Ovo su prve neutronske zvijezde otkrivene isključivo zbog svojih gravitacijskih efekata," kaže El-Badry. Otkriće je iznenađujuće jer nije jasno kako eksplodirana zvijezda može završiti u blizini zvijezde nalik Suncu.

"Još uvijek nemamo potpun model kako se ovi binarni sustavi formiraju," objašnjava El-Badry. U principu, progenitor neutronske zvijezde trebao bi postati ogroman i interaktirati sa zvijezdom sličnom Suncu tijekom svoje kasne evolucije. Ogromna zvijezda bi vjerojatno privremeno obuhvatila manju zvijezdu. Kasnije bi progenitor neutronske zvijezde eksplodirao u supernovi, što bi prema modelima trebalo razdvojiti binarne sustave, šaljući neutronske zvijezde i zvijezde slične Suncu u suprotnim smjerovima.

Neočekivana otkrića
"Otkriće ovih novih sustava pokazuje da barem neki binarni sustavi prežive ove kataklizmičke procese, iako modeli još uvijek ne mogu u potpunosti objasniti kako," kaže El-Badry.

Gaia je uspjela pronaći ove neobične partnere zbog njihovih širokih orbita i dugih perioda. Zvijezde nalik Suncu orbitiraju oko neutronskih zvijezda s periodima od šest mjeseci do tri godine. "Ako su tijela preblizu, njihovo će pomicanje biti premalo za detekciju," kaže El-Badry. "S Gaia misijom, osjetljiviji smo na šire orbite." Gaia je također najosjetljivija na binarne sustave koji su relativno blizu Zemlji. Većina novootkrivenih sustava nalazi se unutar 3.000 svjetlosnih godina od Zemlje - što je relativno mala udaljenost u usporedbi s promjerom Mliječne staze od 100.000 svjetlosnih godina.

Ova nova opažanja također sugeriraju koliko su rijetki takvi parovi. "Procjenjujemo da otprilike jedna od milijun zvijezda sličnih Suncu orbitira neutronsku zvijezdu u širokoj orbiti," rekao je El-Badry.

Tamne crne rupe
El-Badry također istražuje nevidljive uspavane crne rupe u orbiti sa zvijezdama sličnim Suncu. Korištenjem podataka Gaia misije, pronašao je dvije takve tihe crne rupe skrivene u našoj galaksiji. Jedna od njih, nazvana Gaia BH1, je najbliža poznata crna rupa Zemlji, udaljena samo 1.600 svjetlosnih godina.

"Još uvijek ne znamo točno kako su se ove binarne crne rupe formirale," kaže El-Badry. "Postoje očigledne praznine u našim modelima evolucije binarnih zvijezda. Pronalaženje više ovih tamnih pratitelja i uspoređivanje njihove populacijske statistike s predviđanjima različitih modela pomoći će nam da sastavimo kako se oni formiraju."

Rad pod nazivom "A population of neutron star candidates in wide orbits from Gaia astrometry" financiran je od strane Nacionalne zaklade za znanost, Europskog istraživačkog vijeća i Zaklade Gordon i Betty Moore. Ostali autori s Caltecha uključuju diplomanticu Natsuko Yamaguchi i profesora astronomije Andrewa Howarda. Dodatni autori su Hans-Walter Rix i René Andrae s Max-Planck Instituta za astronomiju, David Latham i Allyson Bieryla iz Centra za astrofiziku/Harvard & Smithsonian, Sahar Shahaf s Weizmann Instituta za znanost, Tsevi Mazeh sa Sveučilišta Tel Aviv; Lars Buchhave s Tehničkog sveučilišta Danske, Howard Isaacson s UC Berkeley i Sveučilišta Southern Queensland; Alessandro Savino s UC Berkeleyja i Ilya Ilyin iz Leibniz Instituta za astrofiziku Potsdam.

Izvor: California Institute of Technology