A White Dwarf Star Lashes Red Dwarf with Mystery Ray

artist’s impression shows the strange object AR Scorpii. In this unique double star a rapidly spinning white dwarf star (right) powers electrons up to almost the speed of light. Credit: M. Garlick/University of Warwick/ESO

Astronomers using ESO’s Very Large Telescope, along with other telescopes on the ground and in space, have discovered a new type of exotic binary star. In the system AR Scorpii a rapidly spinning white dwarf star powers electrons up to almost the speed of light. These high energy particles release blasts of radiation that lash the companion red dwarf star, and cause the entire system to pulse dramatically every 1.97 minutes with radiation ranging from the ultraviolet to radio. The research will be published in the journal Nature on 28 July 2016.

In May 2015, a group of amateur astronomers from Germany, Belgium and the UK came across a star system that was exhibiting behaviour unlike anything they had ever encountered. Follow-up observations led by the University of Warwick and using a multitude of telescopes on the ground and in space [1], have now revealed the true nature of this previously misidentified system.

The star system AR Scorpii, or AR Sco for short, lies in the constellation of Scorpius, 380 light-years from Earth. It comprises a rapidly spinning white dwarf [2], the size of Earth but containing 200 000 times more mass, and a cool red dwarf companion one third the mass of the Sun [3], orbiting one another every 3.6 hours in a cosmic dance as regular as clockwork.

This chart shows the location of the exotic binary star AR Scorpii
in the bright constellation of Scorpius (The Scorpion).
Credit: ESO/IAU and Sky & Telescope

In a unique twist, this binary star system is exhibiting some brutal behaviour. Highly magnetic and spinning rapidly, AR Sco’s white dwarf accelerates electrons up to almost the speed of light. As these high energy particles whip through space, they release radiation in a lighthouse-like beam which lashes across the face of the cool red dwarf star, causing the entire system to brighten and fade dramatically every 1.97 minutes. These powerful pulses include radiation at radio frequencies, which has never been detected before from a white dwarf system.

Lead researcher Tom Marsh of the University of Warwick’s Astrophysics Group commented: “AR Scorpii was discovered over 40 years ago, but its true nature was not suspected until we started observing it in 2015. We realised we were seeing something extraordinary within minutes of starting the observations.”

The observed properties of AR Sco are unique. They are also mysterious. The radiation across a broad range of frequencies is indicative of emission from electrons accelerated in magnetic fields, which can be explained by AR Sco’s spinning white dwarf. The source of the electrons themselves, however, is a major mystery — it is not clear whether it is associated with the white dwarf itself, or its cooler companion.

AR Scorpii was first observed in the early 1970s and regular fluctuations in brightness every 3.6 hours led it to be incorrectly classified as a lone variable star [4]. The true source of AR Scorpii’s varying luminosity was revealed thanks to the combined efforts of amateur and professional astronomers. Similar pulsing behaviour has been observed before, but from neutron stars — some of the densest celestial objects known in the Universe — rather than white dwarfs.

Boris Gänsicke, co-author of the new study, also at the University of Warwick, concludes: "We've known pulsing neutron stars for nearly fifty years, and some theories predicted white dwarfs could show similar behaviour. It's very exciting that we have discovered such a system, and it has been a fantastic example of amateur astronomers and academics working together."

This research was presented in a paper entitled “A radio pulsing white dwarf binary star”, by T. Marsh et al., to appear in the journal Nature on 28 July 2016.

Sources: ESO

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Una estrella enana blanca azota con un rayo misterioso a una enana roja

wide-field image from the Digitized Sky Survey 2
shows the rich starfields surrounding the exotic
binary star system AR Scorpii.
Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

Utilizando el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO, junto con otros telescopios situados tanto en tierra como en el espacio, un equipo de astrónomos ha descubierto un nuevo tipo de estrella binaria. En el sistema AR Scorpii, una estrella enana blanca, que gira sobre sí misma a gran velocidad, impulsa electrones hasta casi la velocidad de la luz. Estas partículas de alta energía sueltan ráfagas de radiación que azotan a la compañera, una estrella enana roja, y hacen que todo el sistema pulse de forma dramática cada 1,97 minutos, con radiación que va desde el ultravioleta hasta las ondas de radio. La investigación se publicará en la revista Nature el 28 de julio de 2016.

En mayo de 2015, un equipo de astrónomos aficionados procedentes de Alemania, Bélgica y Reino Unido, se fijó en un sistema estelar que presentaba comportamientos diferentes a todo lo que habían visto hasta entonces. Gracias a una serie de observaciones de seguimiento dirigidas por la Universidad de Warwick, y a la utilización de multitud de telescopios en tierra y en el espacio [1], se ha descubierto la verdadera naturaleza de este sistema que, previamente, había sido mal identificado.

El sistema estelar AR Scorpii (AR Sco para abreviar), se encuentra en la constelación de Escorpio, a 380 años luz de la Tierra. Se compone de una enana blanca de rápido giro [2], del tamaño de la Tierra, pero con 200.000 veces más masa, y de una compañera enana roja fría con un tercio de la masa del Sol [3], y ambas se orbitan mutuamente cada 3,6 horas en una danza cósmica tan regular como un reloj.

Este singular sistema estelar binario muestra un comportamiento salvaje. Altamente magnética, y con una rápida rotación, la enana blanca de AR Sco acelera electrones hasta casi la velocidad de la luz. En su camino a través del espacio, estas partículas de alta energía liberan radiación en forma de haz (parecido al de los faros) que azota la cara de la fría estrella enana roja, causando que el sistema entero brille y se atenúe dramáticamente cada 1,97 minutos. Estos potentes pulsos incluyen radiación en frecuencias de radio, algo que nunca antes se había detectado en un sistema estelar con una enana blanca.

El investigador responsable del proyecto, Tom Marsh, del Grupo de Astrofísica de la Universidad de Warwick, afirma: “AR Scorpii fue descubierto hace más de 40 años, pero su verdadera naturaleza no ha sido desvelada hasta que empezamos a observar en el año 2015. Nos dimos cuenta de que estábamos viendo algo extraordinario pocos minutos después de comenzar las observaciones”.

Las propiedades observadas en AR Sco son únicas. También son misteriosas. La radiación en una amplia gama de frecuencias es indicativa de la emisión de electrones acelerados en los campos magnéticos, lo cual puede explicarse por la rápida rotación de la enana blanca de AR Sco. La fuente de los electrones, sin embargo, es un gran misterio, ya que no queda claro si está relacionada con la enana blanca en sí misma o con su compañera, más fría.

AR Scorpii fue observada por primera vez a principios de la década de 1970 y las fluctuaciones regulares en el brillo, que se dan cada 3,6 horas, llevaron a clasificarla incorrectamente como una solitaria estrella variable [4]. La verdadera fuente de la luminosidad variable de AR Scorpii fue revelada gracias a los esfuerzos combinados de los astrónomos aficionados y de los profesionales. Ya se había observado con anterioridad un comportamiento pulsante similar, típico de estrellas de neutrones (uno de los objetos celestes más densos conocidos en el universo) más que de enanas blancas.

Boris Gänsicke, coautor del nuevo estudio, también de la Universidad de Warwick, concluye: "Sabemos de la existencia de estrellas de neutrones pulsantes desde hace casi cincuenta años, y algunas teorías predecían que las enanas blancas podrían mostrar comportamientos similares. Es muy emocionante haber descubierto un sistema de este tipo y ha sido un fantástico ejemplo de trabajo en equipo entre astrónomos aficionados y académicos".

Este trabajo de investigación se presenta en el artículo científico titulado: “A radio pulsing white dwarf binary star”, por T. Marsh et al., que aparece en la revista Nature el 28 de julio de 2016.

Fuentes: ESO