強力なガンマ線の源として明らかにされた不思議な宇宙「クモ」

NOIRLabによって作動するSOAR望遠鏡によって調査されたこの双星系は進化の終わりの第2段階で最初に発見されました。

天文学者たちは、チリの4.1メートルのSOAR望遠鏡を使用して星になる過程で双星系の最初の例を見つけました。 白い矮星 トラックを回す 中性子別 速く回転する姿に変わってしまった パルサー。 もともとフェルミガンマ線宇宙望遠鏡によって検出されたペアは、そのような双性系の進化で「失われた輪」です。

明るく神秘的なガンマ線の源は、極端に低い質量の白い矮星に進化する過程で星の周りを回る急速に回転する中性子星（ミリ秒パルサーと呼ばれる）であることが判明しました。 このタイプの双星系は天文学者によって「クモ」と呼ばれています。その理由は、パルサーが同伴星が白い矮星に変わったときに外側の部分を「食べる」傾向があるためです。

天文学者は、NSFのNOIRLabプログラムCerro Tololo Inter-American Observatory（CTIO）の一部であるチリのCerro Pachónにある4.1メートルのSOAR望遠鏡を使用して、このデュオを検出しました。

ねじのフェルミガンマ線宇宙望遠鏡は、2008年の発射以来、大量のガンマ線を生成する宇宙の天体リストを作成してきたが、検出したすべてのガンマ線源が分類されていない。 天文学者によって4FGL J1120.0-2204と呼ばれるそのようなソースの1つは、これまでに確認されていない空全体で2番目に明るいガンマ線ソースでした。

ワシントンDCの米国海軍研究所のSamuel Swihartが率いる米国とカナダの天文学者は、SOAR望遠鏡のGoodman分光計を使用して4FGL J1120.0-2204の正体を確認しました。 NASAのSwiftとESAのXMM-Newton宇宙望遠鏡が観察したように、X線を放出するガンマ線源は、毎秒数百回回転する「ミリ秒パルサー」で構成された双星系であることがわかりました。 超低質量白色矮性の前兆。 ペアは2600光年以上離れています。

「Michigan State UniversityのSOAR望遠鏡への献身的な時間、南半球の位置、Goodman分光計の精度と安定性は、すべてこの発見の重要な側面でした」とSwihartは言います。

US National ScienceのNOIRLabプログラムの責任者であるChris Davisは、「これは、通常、中型望遠鏡、特にSOARを使用して、他の地上および宇宙インフラストラクチャで行われた珍しい発見を特徴付けるためにどのように使用できるかを示す良い例です」と述べました。 ベース。 「私たちは、SOARが今後10年間、他の多くの時変およびマルチメッセンジャーソースのフォローアップで重要な役割を果たすことを期待しています。」

Goodmanスペクトロメーターで測定した双性系の光学スペクトルは、生の白色矮星仲間からの光がドップラーシフト（赤と青に交互に移動する）であることを示しており、これは15時間ごとに小さく重い中性子星を公転していることを示しています。

「スペクトラムにより、私たちは同伴性のおおよその温度と表面重力を制限することができました」とSwihartは言います。 彼のチームはこれらの属性を持ち、双星系がどのように進化するかを説明するモデルに適用することができました。 これにより、彼らはこの同伴者が表面温度が8200°C（15,000°F）であり、質量が太陽の17％に過ぎない非常に低い質量の白色矮星の前駆体であることを決定することができました。

質量が太陽に似ているかそれ以下である星は、寿命が終わると、中心核から核融合プロセスに燃料を供給するために使用される水素が枯渇する。 しばらくの間、ヘリウムは星を引き継ぎ、動力を供給して星を収縮させ、加熱し、膨張と進化を促進し、数億キロメートルの大きさの赤色巨星に進化します。 結局のところ、この腫れ星の外側の層は双性コンパニオンに取り付けられ、核融合が中断され、地球の大きさの白色矮星を残し、100,000°C（180,000°F）を超える温度で沸騰します。

4FGL J1120.0-2204 システムの生の白色矮星はまだ進化していません。 「現在、それは膨らみ、同様の質量を持つ一般的な白色矮星より半径が約5倍大きい」とSwihartは言います。 「それは冷却され収縮し続け、約20億年後には、私たちがすでに知っている非常に低い質量の多くの白い矮星と同じように見えます。」

ミリ秒パルサーは毎秒数百回回転します。 彼らはコンパニオン、この場合、白い矮星の星から物質を取り付けることによって回転します。 ほとんどのミリ秒パルサーはガンマ線とX線を放出しますが、回転中性子ごとに放出される荷電粒子の流れであるパルサー風が同伴性で放出される物質と衝突するときによく発生します。

約80個の超低質量白色矮星が知られていますが、「これは中性子別を回るように見える極めて低質量白色矮星の最初の前駆体」とSwihartは言いました。 その結果、4FGL J1120.0-2204は、このスピンアッププロセスの最後の部分のユニークな外観です。 見つかった他のすべての白色矮星 – パルサーの双性は、回転ステップをはるかに超えた状態です。

「関連付けられていないフェルミガンマ線源を対象とするSOAR望遠鏡を使用した後続の分光法により、私たちは同伴者が何かを公転していることを確認することができました」とSwihartは言います。 「このような観察がなければ、私たちはこの興味深いシステムを見つけることができませんでした」。

参照：Samuel J. Swihart、Jay Strader、Elias Aydi、Laura Chomiuk、Kristen C. Dage、Adamによる「4FGL J1120.0–2204：非常に低い質量の生の白色矮星を持つユニークなガンマ線明るい中性子星の双性」Kawash、 Kirill V. Sokolovsky, Elizabeth C. Ferrara, 受け入れられた, 天体物理学ジャーナル。
arXiv：2201.03589

チームはSamuel J. Swihart（ワシントンDC、国立科学アカデミーおよび米海軍研究所国立研究委員会研究員）、Jay Strader（データ集約型および時間領域天文学センター、ミシガン物理学および天文学科センター）で構成されています。 州立大学）、Elias Aydi（カナダMcGill大学物理学科）、Laura Chomiuk（カナダMcGill大学McGill Space Institute）、Kristen C. Dage（カナダMcGill大学物理学科McGill Space Institute）、Adam Kawash（ミシガン州立大学学科）時間領域天文学センター）、Kirill V. Sokolovsky（データ集約型および時間領域天文学センター、ミシガン州立大学物理学および天文学科）、およびElizabeth C. Ferrara（メリーランド大学天文学科およびNASAゴダード宇宙飛行センターの探査および宇宙研究センター（CRESST） ）。