מערכות הכוכבים הבינאריים המפילות הן נפוצות יחסית ביקום שלנו. עבור המתבונן המקרית מערכות אלה נראות כמו כוכב בודד, אך למעשה מורכבות משני כוכבים המסתובבים זה בזה. המחקר של מערכות אלה מציע לאסטרונומים הזדמנות למדידה ישירה של התכונות הבסיסיות (כלומר ההמונים והרדיוסים) של מערכות אלה מרכיבי הכוכבים בהתאמה.
לאחרונה, צוות אסטרונומים ברזילאים צפה במראה נדיר בנתיב החלב - בינארי ליקוי מורכב מגמד לבן וגמד חום נמוך-מסה. חריג עוד יותר היה העובדה כי נראה כי מחזור חייו של הגמד הלבן נחתך בטרם עת על ידי בן לווייתו הגמדי החום, מה שגרם למותו המוקדם על ידי ניגוב אט-אט של חומר ו"הרעיב "אותו למוות.
המחקר שפירט את ממצאיו, שכותרתו "HS 2231 + 2441: מערכת וירוס HW שהורכבה על ידי גמד לבן בעל גוון נמוך וגמדי חום", פורסם לאחרונה הודעות חודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומיה. את הצוות הוביל לאונרדו אנדרדה דה אלמיידה, עמית פוסט-דוקטורט מהמכון לאסטרונומיה, גיאופיזיקה ומדעי האטמוספירה של אוניברסיטת סאו פאולו (IAG-USP), יחד עם חברי המכון הלאומי לחקר החלל (MCTIC), והמחקר האוניברסיטה הממלכתית פיירה דה סנטנה.
לצורך המחקר, הצוות ערך תצפיות על מערכת כוכבים בינארית בין 2005 ל -2013 באמצעות מצפה הכוכבים פיקו דיאס בברזיל. נתונים אלה שולבו אז עם מידע מטלסקופ ויליאם הרשל, שנמצא במצפה הכוכבים דל רוק דה לוס מוצ'צ'וס באי לה פלמה. מערכת זו, המכונה HS 2231 + 2441, מורכבת מכוכב ננס לבן ולבן ננס חום.
גמדים לבנים, שהם השלב האחרון של כוכבים בינוניים או בעלי מסה נמוכה, הם בעצם מה שנשאר לאחר שכוכב מיצה את מימן ודלק ההליום וניפח את שכבותיו החיצוניות. לעומת זאת, ננס חום הוא אובייקט תת-מרכזי שיש לו מסה שממקמת אותו בין זה של כוכב לכוכב לכת. מציאת מערכת בינארית המורכבת משני האובייקטים יחד באותה מערכת זה משהו שאסטרונומים לא רואים כל יום.
כפי שהסביר ליאונרדו אנדרדה דה אלמיידה בהודעה לעיתונות של FAPESP, "סוג זה של בינארי בעל מסה נמוך הוא נדיר יחסית. עד כה נצפו רק כמה עשרות. "
הזוג הבינארי הספציפי הזה מורכב מגמד לבן שנמצא בין עשרים לשלושים אחוז מסת השמש - 28,500 K (28,227 מעלות צלזיוס; 50,840 מעלות צלזיוס) - ואילו הגמד החום הוא בערך פי 34-36 מזה של צדק. זה הופך את HS 2231 + 2441 למערכת הבינארית הליקוי המפלצתי ביותר שנחקרה עד כה.
בעבר, הראשי (הגמד הלבן) היה כוכב נורמלי שהתפתח מהר יותר מבן לווייתו מאחר שהיה מסיבי יותר. ברגע שהוא מיצה את דלק המימן שלו, הוא יצר גרעין בוער הליום. בשלב זה הכוכב היה בדרך להפוך לענק אדום, וזה מה שקורה כאשר כוכבים דמויי שמש יוצאים משלב הרצף הראשי שלהם. זה היה מאופיין בהתרחבות מאסיבית, שקוטרה עולה על 150 מיליון ק"מ (93.2 מיליון ק"מ).
בשלב זה, אלמיידה ועמיתיו הגיעו למסקנה כי היא החלה באינטראקציה בכבידה עם המשני שלה (הגמד החום). בינתיים, הגמד החום החל להימשך ולהתפתל באטמוספרה של הראשוני (כלומר המעטפה שלו), מה שגרם לו לאבד את המומנטום הזוויתי המסלול. בסופו של דבר, כוח המשיכה החזק עלה על כוח הכבידה ששומר על המעטפה המעוגנת לכוכבו.
ברגע שזה קרה, השכבות החיצוניות של הכוכב הראשוני החלו להתפשט, חושפות את ליבת הליום שלו ושולחות כמויות אדירות של חומר לגמד החום. בגלל אובדן המסה זה, השארית מתה למעשה, והפכה לגמד לבן. אחר כך החל הגמד החום במסלולו של הגמד הלבן שלו עם תקופת מסלול קצרה של שלוש שעות בלבד. כפי שהסביר אלמיידה:
"העברת המסה הזו מהכוכב המסיבי יותר, האובייקט הראשוני, ללוויה שלו, שהוא האובייקט המשני, הייתה אלימה ובלתי יציבה ביותר. זה נמשך זמן קצר ... האובייקט המשני, שהוא כיום ננס חום, חייב הם גם רכשו עניין כלשהו כאשר הוא שיתף את המעטפה שלו עם האובייקט הראשוני, אך לא מספיק בכדי להפוך לכוכב חדש. "
מצב זה דומה למה שהבחינו אסטרונומים בקיץ האחרון במהלך לימוד מערכת הכוכבים הבינארית המכונה WD 1202-024. גם כאן התגלה בן לוויה גמד חום שהקיף את ראשו של גמד לבן. יתר על כן, הצוות האחראי על הגילוי ציין כי ככל הנראה הגמד החום התקרב לגמד הלבן ברגע שהוא נכנס לשלב ענף הענק האדום (RGB).
בשלב זה, הגמד החום פשט את ראשית האטמוספירה שלו וחשף את ליבת שארית הגמד הלבן. באופן דומה, האינטראקציה של ראשוני עם בן לוויה גמדי חום גרמה למוות בטרם עת. העובדה ששתי תגליות כאלה התרחשו תוך זמן קצר היא די מהירה. בהתחשב בעידן היקום (שגילו בערך 13.8 מיליארד שנה), ניתן ליצור עצמים מתים רק במערכות בינאריות.
בדרך החלב בלבד, כ- 50% מכוכבים בעלי מסה נמוכה קיימים כחלק ממערכת בינארית בעוד שכוכבים בעלי מסה גבוהה קיימים כמעט אך ורק בזוגות בינאריים. במקרים אלה, בערך שלושת-רבעים יתקשרו בדרך כלשהי עם בן לוויה - מחליפים מסה, מאיצים את סיבוביהם ובסופו של דבר יתמזגו.
כפי שציינה אלמיידה, המחקר של מערכת בינארית זו וכאלה כמוה יכול לסייע ברצינות לאסטרונומים להבין עד כמה נוצרים חפצים חמים וקומפקטיים כמו גמדים לבנים. "מערכות בינאריות מציעות דרך ישירה למדידת הפרמטר הראשי של כוכב, שהוא המסה שלו," אמר. "זו הסיבה שמערכות בינאריות חשובות מכדי להבנת מחזור החיים של הכוכבים."
רק בשנים האחרונות התגלו כוכבים ננסים לבנים בעלי מסה נמוכה. מציאת מערכות בינאריות בהן הן מתקיימות בדו-קיום עם גמדים חומים - למעשה, כוכבים כושלים, היא נדירה נוספת. אך עם כל תגלית חדשה, ההזדמנויות ללמוד את מגוון האפשרויות ביקום שלנו גדלות.
