En hvid dværg mister masse til en ledsager. (M.Weiss/Center for Astrofysik/Harvard & Smithsonian) Astronomer har endelig observeret den tilfredsstillende løsning på et forvirrende kosmisk problem: det tilsyneladende mysterium med stjerner, der dybest set er for små til at eksistere.
Hvide dværge, der anses for at være for små til at eksistere i universets nuværende levetid, er nu blevet set, hvor deres masse er slurvet af binære ledsagere – en mekanisme, der længe er mistænkt, og som kan forklare deres størrelse, men som aldrig før er blevet bevist i vild.
Disse 'missing link'-binære filer kaldes udviklede kataklysmiske variabler, og deres opdagelse hjælper os med at forstå et af stadierne på døde stjerners evolutionære vej.
'Vi har observeret det første fysiske bevis på en ny population af overgangs-binære stjerner,' siger astronom Kareem El-Badry fra Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics.
'Det her er spændende; det er et manglende evolutionært led i binære stjernedannelsesmodeller, som vi har ledt efter.'
Hvide dværge er, hvad der bliver af en stjerne mindre end cirka otte gange Solens masse, når den løber tør for brændstof til processen med kernefusion .
Den døende stjerne udstøder det meste af sin masse, og kernen kollapser ned til et ekstremt tæt objekt - op til omkring 1,4 gange Solens masse, pakket ind i en kugle på størrelse med Jorden (selvomde kan variere).
I sjældne tilfælde kan de dog være så lave i masse, at de ifølge vores modeller for stjernernes udvikling ikke burde eksistere. Disse ekstremt lavmasse hvide dværge, eller ELM'er, er kun omkring en tredjedel af Solens masse. Et sådant massetab burde tage langt længere tid end universets nuværende levetid, som kun er omkring 13,8 milliarder år.
Men det er kun, hvis stjernen eksisterer isoleret. Hvis noget andet - såsom en binær ledsager - skulle slurve masse af den hvide dværg, ville det fremskynde processen betydeligt, hvilket pænt forklare tilstedeværelsen af ELM'er i universet. Det eneste problem, der forblev, indtil nu, er, at processen aldrig var blevet observeret.
Ifølge teorien skulle processen foregå efter et trin kaldet det kataklysmiske variable trin. Det er, når en hvid dværg er i et binært system med en anden stjerne, så tæt på hinanden, at den hvide dværg samler materiale fra sin ledsager.
Periodisk vil den hvide dværg bryde ud, da det ophobede materiale udløser løbsk brintfusion i dens atmosfære. Disse katastrofer forårsager variationer i lysstyrke, deraf navnet.
Nogle gange vil en hvid dværgstjerne samle så meget materiale, at den bliver ustabil og eksploderer i en Type Ia supernova – men der er også en anden mulighed. Vægten kan tippe, så den anden stjerne begynder at stjæle masse fra den hvide dværg i stedet for.
El-Badry og hans kolleger brugte data fra astronomiske undersøgelser fra Gaia-rumobservatoriet og Zwicky-transientfaciliteten og udvælgede 50 stjerner, der kunne være i dette mellemstadie. Derefter brugte de Shane-teleskopet ved Lick Observatory til at opnå detaljerede observationer af 21 af disse binære filer.
De ramte guld.
'100 procent af kandidaterne var disse præ-ELM'ere, vi havde ledt efter. De var mere oppustede og oppustede end ELM'er. De var også ægformede, fordi den anden stjernes tyngdekraft forvrænger deres sfæriske form,' siger El-Badry .
'Vi fandt den evolutionære forbindelse mellem to klasser af binære stjerner - kataklysmiske variable og ELM hvide dværge - og vi fandt et anstændigt antal af dem.'
De fleste af de binære dele bestod af en hvid dværg omkring 0,15 gange Solens masse, med ledsagere omkring 0,8 gange Solens masse.
Alle de hvide dværge viste tegn på massetab til deres ledsagende stjerner; for 13 af stjernerne var processen stadig i gang, mens de resterende otte ikke længere tabte masse, men var hævede, som om massetab var nyligt. Alle 21 stjerner var varmere og lysere end normalt set i en kataklysmisk variabel hvid dværg.
Mere arbejde er nødvendigt for fuldt ud at forstå populationen af udviklede kataklysmiske variabler, herunder mere detaljerede observationer af de 21 binære filer. Holdet håber også at gå tilbage og se nærmere på de andre 29 binære filer fra de første 50 kandidater.
Holdets forskning er blevet offentliggjort i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .