Szédítő törpekeringő

Jelenleg két olyan szoros, kölcsönható kettős rendszer ismert, melynek - vélelmezett - keringési periódusa 10 percnél rövidebb, az egyik a V407 Vul (RX J1914.4+2456) 9,5 perccel, a másik pedig a HM Cnc (RX J0806.3+1527) 5,4 perccel. Ha a röntgen és az optikai tartományban detektált rövid időskálájú periodikus változásokat valóban a keringés okozza, akkor a HM Cnc két fehér törpéből kell hogy álljon, melyek a gravitációs hullámok általi folyamatos energiavesztés miatt egyre közelebb kerülnek egymáshoz, miközben a komponensek között valószínűleg stabil anyagátadási folyamat is zajlik. Extrém és egyedi volta miatt a HM Cnc vizsgálatával sokan foglalkoztak már, de a természetét illetően sok kérdés nyitott még. Ezek közül is a legfontosabb a rövid időskálájú változások keringési periódusnak megfeleltetése, illetve a rendszert alkotó két csillag pontos fizikai természete, valamint a közöttük lezajló kölcsönhatások mértéke.

Fantáziarajz a keringés során egymáshoz egyre közelebb kerülő fehér törpékről, melyek végül egy gigantikus kataklizma közben összeolvadnak. Újabb kutatások szerint valószínűleg ilyen esemény az Ia típusú szupernóva-robbanások nagy része.
[D. Andrew Howell]

Gijs Roelofs (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) és munkatársai a Keck I teleszkópot és annak LRIS (Low-Resolution Imaging Spectrograph) műszerét használták, hogy a HM Cnc esetében kinematikai bizonyítékokat szerezzenek a lehetséges elméleti modell(ek)re. A spektrumokat az ionizált hélium emissziós vonalai dominálják, melyek félértékszélessége körülbelül 2500 km/s, azaz a 300 km/s felbontású színképeken jól tanulmányozhatók. A mérési adatokban neutrális héliumvonalak is azonosíthatók, de azok jóval gyengébbek, s vannak hidrogén jelenlétére utaló nyomok is. A megfigyelt nitrogénvonalak pedig azt jelzik, hogy a HM Cnc valószínűleg mégsem nitrogénszegény objektum, ahogyan azt korábban gondolták. A több száz rögzített spektrum segítségével Roelofs és kollégái a héliumvonalak radiális sebességváltozásai alapján pontosították a kettős periódusát, melynek új értéke - ami persze nem nagyon tér el a korábban például fotometriai mérésekből kapott értéktől - P = 321,53 s, illetve a periódus változási ütemét. Egészen 6 óráig elmenve próbaperiódusokkal vizsgálták azt is, hogy esetleg más, hosszabb időskálájú változások is kimutathatók-e a színképvonalakban, de ilyenek nyomát nem találták.

A HM Cnc színképének részlete a neutrális (HeI) és egyszeresen ionizált hélium (HeII), illetve a kétszeresen ionizált nitrogén (NIII) azonosított vonalaival.
[Roelofs és tsai]

Roelofs és munkatársai szerint a spektroszkópiai adatokon alapuló következtetések a HM Cnc esetében végül is az "AM CVn" modellt támasztják alá, amelyben két fehér törpe kering egymás körül. A hélium ellentétes fázisban változó HeI 4471 és HeII 4686 vonalai, illetve feltételezett keletkezési helyük alapján a kettős két komponensének tömegarányát is meg tudták becsülni: q = M₂/M₁ = 0,50 ± 0,13. Ahhoz azonban, hogy az általuk levezetett periódusváltozást magyarázni lehessen, az anyagot átadó donorcsillag tömegének a korábban feltételezettnél nagyobbnak, M₂ = 0,27 naptömeg körülinek kell lennie, amit az említett héliumvonalak segítségével végzett ún. Doppler-tomográfia is megerősített. A tömegarány alapján ez egyben azt is jelenti, hogy a főkomponens tömege M₁ ≈ 0,55 naptömeg. Ezek az értékek egyébként összhangban vannak a fejlődési modellek által a fehér törpékre jósolt tömegekkel. Ismeretükben a kettős pályasíkjának inklinációja is megbecsülhető, ez i ≈ 38°.

A HM Cnc modellje, bal oldalon az anyagot átadó csillaggal. A röntgensugárzás onnan származik, ahol az anyagáram a főkomponens felszínébe ütközik (fekete pont). A HeI 4471 emisszió forrása a donorcsillag főkomponens által megvilágított része (vonalkázott terület), de innen ered az egyéb, látható tartománybeli modulált sugárzás is. A HeII vonalak a főkomponens egyenlítője körüli gyűrűben keletkeznek (vastag fekete vonal).
[Roelofs és tsai]

A HM Cnc távolsága 5 kpc körüli, s bár ez az érték eléggé bizonytalan, a rendszer becsült paraméterei alapján Roelofs és kollégái meghatározták a kettős által generált gravitációs hullámoknak a Földön vagy bolygónk közelében észlelhető amplitúdóját: h ≈ 10^-22. Pontosabban, ez a dimenzió nélküli paraméter arról ad felvilágosítást, hogy a gravitációs hullámok milyen arányú torzulást okoznak a téridő szerkezetében annak adott pontján, az elektromágneses hullámok klasszikus amplitúdójával a h idő szerinti deriváltja kapcsolható össze. A h becsült értéke azt jelzi, hogy a gravitációs hullámok detektálására tervezett űrberendezések, például a LISA (Laser Interferometer Space Antenna) számára a HM Cnc az egyik legkönnyebben mérhető forrás lehet.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal Letters c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• ApJ 711 L138-L142