Bir yıldız, yakınındaki kahverengi cüceyi milyarlarca yıldır yiyor olabilir

Gökbilimciler, Dünya'dan yaklaşık 300 ışık yılı uzakta, bir yıldızın yakınındaki kahverengi cüceden yavaş ve düzenli biçimde madde çektiği bir sistem buldu. Nature Astronomy dergisinde yayımlanan çalışmaya göre ZTF J0440+2325 adlı sistem, düşük kütleli bir yıldızın başka bir düşük kütleli cisimden aktif olarak madde çektiği ilk gözlem. Hesaplar bu "yavaş yamyamlığın" yüz binlerce, hatta milyarlarca yıl sürebileceğini gösteriyor.

Ne bulundu?

Gezegenlerin çoğu yıldızlarının çevresinde kararlı ve birbirinden ayrık yörüngelerde döner. Uç durumlarda bir gezegen yıldızına fazla yaklaşır ve yıldız onu hızla yutar. ZTF J0440+2325 ise bu iki uç arasında bir yerde duruyor: Yıldız, yörüngesindeki kahverengi cüceyi bir kerede yutmak yerine onu adım adım "atıştırıyor".

Sistemdeki yıldız, kütlesi Jüpiter'in yaklaşık 85 katı olan küçük bir M cücesi. Ona eşlik eden kahverengi cüce ise yaklaşık 25 Jüpiter kütlesinde. İki cisim birbirine son derece yakın: Kahverengi cüce yıldızın çevresindeki bir turunu yaklaşık 87 dakikada, daha kesin olarak 86,65 dakikada tamamlıyor. Yörüngenin tamamı Güneş'in içine sığacak kadar küçük.

Hesaplara göre kahverengi cüce yıldıza her yıl Dünya kütlesinin yaklaşık yüz binde biri kadar madde aktarıyor. Bu, kahverengi cücenin toplam kütlesinin çok küçük bir kesri; dolayısıyla süreç son derece yavaş ve kararlı ilerliyor.

Kahverengi cüce nedir?

Kahverengi cüceler, en büyük gaz devi gezegenlerden daha kütleli, ama en küçük yıldızlardan daha hafif cisimler. Kütleleri kabaca 13 ile 80 Jüpiter kütlesi arasında değişiyor. Çekirdeklerinde sıradan hidrojeni sürekli olarak kaynaştıramadıkları için gerçek birer yıldız sayılmıyorlar; daha kütleli olanlar kısa bir süre döteryum ve lityum yakabiliyor. Varlıkları 1960'lardan beri öngörülse de ilk kesin örnekleri, Teide 1 ve Gliese 229B, ancak 1990'ların ortasında doğrulandı. Samanyolu'nda on milyarlarca kahverengi cüce bulunduğu tahmin ediliyor.

ZTF J0440+2325'teki eşleşme bu açıdan ilginç: Yıldız, hidrojen yakabilen cisimlerin alt sınırına yakın bir kütlede; kahverengi cüce ise yıldız olmanın çok uzağında. Yani burada madde, birbirine kütle bakımından görece yakın iki küçük cisim arasında akıyor.

Üçgen biçimli bir ışık eğrisi

Sistem ilk olarak Kaliforniya'daki Palomar Gözlemevi'nde bulunan Zwicky Geçici Olaylar Tesisi (ZTF) verilerinde dikkat çekti. 2018'de bilimsel çalışmalarına başlayan ZTF, Samuel Oschin Teleskobu'na takılı geniş alanlı kamerasıyla tek pozda 47 derecekarelik bir alanı görüntülüyor ve kuzey gökyüzünün tamamını üç gecede tarayabiliyor. Bu tarama, parlaklığı zamanla değişen gök cisimlerini yakalamak için tasarlandı.

Bir süpernovanın parlaklık eğrisi bir çan eğrisine benzer. MIT'den Kevin Burdge'ün bu kaynakta gördüğü sinyal ise düzenli aralıklarla tekrar eden bir üçgene benziyordu. Önce sistemin bir "kara dul" çifti olabileceği düşünüldü. Kara dul pulsarları, hızla dönen bir nötron yıldızının yoğun ışınımıyla yakınındaki küçük eşini ısıtıp yavaş yavaş buharlaştırdığı sistemlerdir; bu türün ilk örneği 1988'de duyurulmuştu. Ancak ZTF J0440+2325'in ışığı, çok ağır bir cismin çevresinde dönen hafif bir eşten beklenen çalkantıyı göstermiyordu.

Yıllar sonra Burdge ve yüksek lisans öğrencisi Aaron Householder kaynağı yeniden ele aldı, birçok teleskopla ek gözlem yaptı ve yıldızın yalpalamasının kara dul sistemlerindekinden çok daha küçük olduğunu buldu. Bu da sistemin bir nötron yıldızı değil, yörüngesinde kahverengi cüce dönen düşük kütleli bir yıldız olduğunu gösterdi.

Sıcak nokta ve ateş topu

Madde çekimi (akresyon) genellikle kara delikler, nötron yıldızları ya da beyaz cüceler gibi çok kütleli ve küçük cisimlerle ilişkilendirilir. Bu sistemlerde gelen madde çoğunlukla cismin çevresinde bir disk oluşturur. ZTF J0440+2325'te ise yıldız görece büyük olduğundan, kahverengi cüceden kopan madde doğrudan yıldızın yüzeyine yağıyor. Ekibin benzetimlerinde parçacıklar gerçekten yıldız yüzeyine düştü.

Yüksek hızla çarpan madde, yıldız yüzeyinde bir sıcak nokta oluşturuyor. Sistem döndükçe bu nokta görüş alanımıza girip çıkıyor ve parlaklık üçgen biçiminde artıp azalıyor. Üçgenin tepesi, bu "ateş topuna" doğrudan baktığımız an.

Neden önemli?

Bu, düşük kütleli bir yıldızın başka bir düşük kütleli cisimden aktif olarak madde çektiğinin ilk kez yakalanması. Yıldızların yakın eşlerini, gezegenler dahil, ani bir yutmayla değil, çok uzun bir süre boyunca yavaş yavaş tüketebileceğini gösteriyor. Bu da gezegenlerin ve kahverengi cücelerin ana yıldızlarıyla nasıl etkileştiğine dair yeni bir senaryo ortaya koyuyor. Çalışmanın baş yazarı Householder; MIT'den Burdge, Kaitlyn Shin, Saul Rappaport, Joheen Chakraborty ve Emma Chickles da yazarlar arasında.

Sırada ne var?

Ekip, benzer biçimde yavaş beslenen başka sistemleri aramayı planlıyor. ZTF ve önümüzdeki yıllarda tam kapasiteye ulaşacak Vera C. Rubin Gözlemevi gibi geniş alan taramaları, parlaklığı düzenli olarak değişen milyonlarca kaynağı izliyor. ZTF J0440+2325 gibi sistemlerin bir sınıf oluşturup oluşturmadığı, bu taramalarda yeni örnekler bulunup bulunmayacağına bağlı.

Kısaca

• ZTF J0440+2325, yaklaşık 300 ışık yılı uzakta bir M cücesi ile bir kahverengi cüceden oluşuyor.
• Kahverengi cüce yıldızın çevresini yaklaşık 87 dakikada dolanıyor.
• Yıldız her yıl Dünya kütlesinin yaklaşık yüz binde biri kadar madde çekiyor.
• Süreç yüz binlerce ila milyarlarca yıl sürebilir.
• Düşük kütleli iki cisim arasında kararlı madde aktarımı ilk kez gözlendi.