Dwie białe karły okrążają się w sześć minut. O ich przyszłości dla LISA zdecyduje odległość

eRASSU J060839.5−704014, w skrócie eRASSU J0608, to ultrazwarty układ podwójny dwóch białych karłów. Pełny obieg trwa w nim niewiele ponad sześć minut. Nowa analiza czasu nadejścia pulsów promieniowania rentgenowskiego — oparta na danych z NICER i Einstein Probe oraz archiwalnych obserwacjach XMM-Newton — pokazuje, że orbita gwałtownie się kurczy. To czyni ten obiekt bardzo obiecującym kandydatem na źródło fal grawitacyjnych dla przyszłych obserwatoriów kosmicznych.

Najważniejsza niewiadoma pozostaje prozaiczna, ale decydująca: odległość układu od Ziemi. 2

Orbita o długości 374 sekund — i coraz krótsza

Zespół wyznaczył okres orbitalny na 374,15013 sekundy oraz tempo jego zmiany na −4,7(1) × 10⁻¹¹ sekundy na sekundę. Ujemny znak oznacza, że każdy kolejny obieg jest minimalnie krótszy od poprzedniego.

Spójna analiza fazowa obejmuje ponad trzy lata obserwacji rentgenowskich. Wynik jest zgodny ze scenariuszem, w którym układ traci moment pędu orbitalnego przez emisję fal grawitacyjnych. 2

Wcześniejsze badania wykazały już silnie modulowane, supersoftowe pulsy rentgenowskie powtarzające się co 374 sekundy i sklasyfikowały eRASSU J0608 jako ultrazwarty układ dwóch białych karłów widoczny na pierwszym planie w kierunku Wielkiego Obłoku Magellana. 14

Materia nie tworzy dysku, lecz uderza w gwiazdę

Dane przemawiają za tzw. akrecją bezpośredniego uderzenia. Materia przepływająca z jednego białego karła na drugi nie układa się wtedy w typowy, wirujący dysk akrecyjny. Strumień gazu trafia bezpośrednio w powierzchnię odbiorcy i ogrzewa niewielki obszar.

Podczas obiegu ten gorący rejon pojawia się i znika z pola widzenia, co wyjaśnia okresową jasną fazę w miękkim promieniowaniu rentgenowskim. Taka interpretacja łączy skrajną zwartość układu z obserwowanym zachowaniem w promieniach X, a zarazem tłumaczy brak konwencjonalnego dysku akrecyjnego. 214

Duża masa chirp wzmacnia argument za falami grawitacyjnymi

Jeżeli główną przyczyną mierzonego skracania okresu jest promieniowanie grawitacyjne, z pomiaru wynika masa chirp rzędu 0,43 masy Słońca. To parametr zależny od obu mas w układzie, który opisuje ewolucję częstotliwości i amplitudy fal grawitacyjnych emitowanych przez ciasny układ podwójny.

Tak wysoka wartość w połączeniu z wyjątkowo krótkim okresem orbitalnym czyni eRASSU J0608 silnym kandydatem na niskoczęstotliwościowe źródło fal grawitacyjnych. Samo określenie „kandydat” jest tu jednak istotne: z obserwacji czasu można wnioskować o własnościach układu, lecz natężenie sygnału odbieranego na Ziemi zależy również od odległości. 2

Odległość jest brakującym pomiarem

Obiekt znajduje się na linii widzenia w kierunku Wielkiego Obłoku Magellana, ale jego rzeczywista odległość wciąż nie jest znana. Autorzy wskazują, że dystans około 1–2 kiloparseków byłby zgodny ze scenariuszem unipolarnego induktora, natomiast odległość co najmniej około 5 kiloparseków sprzyjałaby interpretacji z akrecją bezpośredniego uderzenia. 2

Ma to zasadnicze znaczenie, ponieważ amplituda fal grawitacyjnych maleje wraz z odległością. Jeśli eRASSU J0608 jest stosunkowo blisko, może należeć do silniejszych znanych galaktycznych sygnałów od układów zwartych w paśmie niskich częstotliwości. Jeżeli znajduje się znacznie dalej, jego sygnał przy Ziemi będzie słabszy — mimo błyskawicznej orbity i dużej oszacowanej masy chirp.

Wiarygodny pomiar odległości nie tylko rozstrzygnąłby spór o mechanizm akrecji. Umożliwiłby też ilościowe przewidzenie sygnału fal grawitacyjnych i ocenę, czy układ może stać się trwałym, dobrze opisanym źródłem weryfikacyjnym dla misji LISA — planowanego kosmicznego obserwatorium fal grawitacyjnych. Badacze wskazują możliwą drogę: znalezienie i scharakteryzowanie trzeciego gwiazdowego towarzysza mogłoby dostarczyć danych astrometrycznych lub dynamicznych potrzebnych do ograniczenia odległości. 2

Co już wiadomo, a czego jeszcze nie można stwierdzić

Badanie ustanawia eRASSU J0608 jednym z najszybciej ewoluujących znanych ultrazwartych układów dwóch białych karłów. Tempo zaniku orbity jest zgodne ze stratami energii i momentu pędu przez fale grawitacyjne, a akrecja bezpośredniego uderzenia jest dobrze popartym wyjaśnieniem pulsów rentgenowskich. 2

Nie oznacza to jednak, że układ na pewno będzie należał do najgłośniejszych źródeł fal grawitacyjnych obserwowalnych przez LISA. O tym rozstrzygnie odległość. Dopóki nie zostanie zmierzona, eRASSU J0608 pozostaje wyjątkowo obiecującym kandydatem, a nie w pełni przewidywalnym źródłem referencyjnym. 2