eRASSU J0608 kiertää kuudessa minuutissa – tuntematon etäisyys ratkaisee gravitaatioaaltojen voimakkuuden

eRASSU J060839.5−704014 eli eRASSU J0608 on poikkeuksellisen tiivis kaksoistähti, jossa kaksi valkeaa kääpiötä kiertää toisensa hieman yli kuudessa minuutissa. Uudet NICER-, Einstein Probe- ja arkistoituihin XMM-Newton-havaintoihin perustuvat ajoitusmittaukset osoittavat, että rata kutistuu nopeasti. Kohde on siksi erittäin kiinnostava ehdokas tulevien avaruudessa toimivien gravitaatioaalto-observatorioiden havaittavaksi – mutta ratkaiseva tieto puuttuu yhä: sen etäisyys Maasta. 2

374 sekunnin rata lyhenee jatkuvasti

Tutkijat mittasivat kiertoajaksi 374,15013 sekuntia ja kiertoajan muutokseksi −4,7(1) × 10⁻¹¹ sekuntia sekunnissa. Käytännössä jokainen kierros on aavistuksen edellistä lyhyempi. Yli kolme vuotta kattava, vaiheeltaan yhtenäinen röntgenajoitus sopii siihen, että kaksoistähti menettää rataliikkeen kulmamomenttia gravitaatiosäteilyn kautta. 2

Kohde tunnistettiin aiemmin voimakkaasti moduloituneesta, 374 sekunnin välein toistuvasta pehmeästä röntgensäteilystä. Sen tulkittiin olevan Magellanin pilvien suunnassa, mutta Suuren Magellanin pilven etupuolella sijaitseva ultrakompakti kahden valkean kääpiön järjestelmä. 14

Kaasu ei muodosta kiekkoa vaan osuu suoraan tähteen

Havainnot tukevat niin sanottua suoraiskuakkretion mallia. Siinä toiselta valkealta kääpiöltä siirtyvä kaasu ei ehdi asettua tavanomaiseksi pyöriväksi kertymäkiekoksi, vaan kaasuvirta osuu suoraan vastaanottavan valkean kääpiön pintaan.

Törmäys kuumentaa pienen alueen tähden pinnalla. Kun kaksoistähti pyörii, tämä kuuma alue tulee vuoroin näkyviin ja peittyy, mikä tuottaa jaksollisen kirkkaan vaiheen pehmeässä röntgensäteilyssä. Malli yhdistää järjestelmän äärimmäisen tiiviyden havaittuun röntgenkäyttäytymiseen ja selittää, miksi tavallista kertymäkiekkoa ei välttämättä synny. 214

Suuri chirp-massa vahvistaa gravitaatioaalto-odotuksia

Jos mitatun ratojen kutistumisen pääsyy on gravitaatiosäteily, tutkijat arvioivat järjestelmän chirp-massaksi noin 0,43 Auringon massaa. Chirp-massa on kaksoistähtien yhdistetty massaparametri, joka määrää gravitaatioaaltojen taajuuden ja amplitudin kehittymistä.

Erittäin lyhyt kiertoaika ja tämä massa-arvio tekevät eRASSU J0608:sta vahvan ehdokkaan matalataajuiseksi gravitaatioaaltolähteeksi. Arvio on silti vielä ehdollinen: ajoituksesta voidaan päätellä paljon järjestelmän omista ominaisuuksista, mutta Maassa mitattava signaalin voimakkuus riippuu myös etäisyydestä. 2

Etäisyys on ratkaiseva puuttuva mittaus

Vaikka eRASSU J0608 näkyy Suuren Magellanin pilven suunnassa, sen todellinen etäisyys ei ole tiedossa. Tutkimuksen mukaan noin 1–2 kiloparsekin etäisyys sopisi unipolaarisen induktorin malliin, kun taas vähintään noin 5 kiloparsekin etäisyys tukisi suoraiskuakkretiota. 2

Epävarmuus on tärkeä, koska gravitaatioaaltojen amplitudi heikkenee etäisyyden kasvaessa. Jos eRASSU J0608 on lähellä, se voi kuulua Galaksin voimakkaimpiin tunnettuihin tiiviiden kaksoistähtien matalataajuisiin signaaleihin. Jos se on huomattavasti kauempana, Maahan saapuva signaali on heikompi, vaikka rata on erittäin nopea ja chirp-massa suuri.

Luotettava etäisyysmittaus tekisi enemmän kuin ratkaisisi kysymyksen aineensiirtomekanismista. Sen avulla voitaisiin ennustaa gravitaatioaaltosignaali määrällisesti ja arvioida, voisiko kohde toimia LISA:n kaltaisen avaruusmission pysyvänä, hyvin mallinnettuna vertailulähteenä. LISA on suunnitteilla oleva avaruuteen sijoitettava gravitaatioaalto-observatorio, joka on tarkoitettu erityisesti matalataajuisten signaalien tutkimiseen. Tutkijat pitävät mahdollisena etenemistapana kolmannen tähtikumppanin löytämistä ja ominaisuuksien mittaamista: se voisi antaa astrometrisiä tai dynaamisia keinoja etäisyyden rajaamiseen. 2

Mitä tulos osoittaa – ja mitä se ei vielä osoita

Tutkimus nostaa eRASSU J0608:n yhdeksi nopeimmin kehittyvistä tunnetuista ultrakompakteista kahden valkean kääpiön järjestelmistä. Radan kutistuminen on yhdenmukaista gravitaatiosäteilyn aiheuttamien häviöiden kanssa, ja suoraiskuakkretio on hyvin tuettu selitys röntgenpulsseille. 2

Tutkimus ei kuitenkaan vielä todista, että eRASSU J0608 olisi LISA:n havaittavista kohteista kaikkein voimakkaimpien kaksoistähtisignaalien joukossa. Johtopäätös riippuu etäisyydestä. Kunnes se saadaan mitattua, järjestelmä on erittäin lupaava ehdokas – ei vielä täysin ennustettavissa oleva vertailukohde. 2