Białe karły mogą pochłaniać więcej materii, niż sądzono

Astronomowie przyjrzeli się temu, jak białe karły pochłaniają materię. Według opracowanego modelu tempo tego procesu może być znacznie większe, niż wcześniej sądzono.

Co pozostaje po śmierci gwiazdy?

Białe karły, czyli gęste pozostałości po gwiazdach, które zakończyły reakcje termojądrowe i odrzuciły swoje zewnętrzne warstwy, pomagają astronomom lepiej zrozumieć, jak powstają i zmieniają się układy planetarne. Obiekty te są znane już od ponad stu lat, choć większości z nich nie można dostrzec gołym okiem, ponieważ świecą zbyt słabo lub znajdują się zbyt daleko.

Naukowcy wiedzą również, że te „martwe” gwiazdy mogą nadal pochłaniać komety, asteroidy, a nawet planety, które zbytnio się do nich zbliżą. Pod wpływem białego karła materia ta zostaje rozbita na poszczególne pierwiastki. Ich skład badacze mogą następnie przeanalizować, uzyskując informacje o budowie i historii układu planetarnego, których nie dałoby się zdobyć w inny sposób.

W ramach nowego badania astronomowie z University of Michigan i University of Colorado Boulder odkryli, że zjawisko to, określane jako zanieczyszczenie białych karłów (white dwarf pollution), może zachodzić znacznie intensywniej, niż wcześniej przypuszczano. Badanie zostało opublikowane w serwisie „arXiv”.

Naukowcy wskazują, że ilość materii zanieczyszczającej białe karły może być znacznie większa, niż wynikałoby z dotychczasowych pomiarów. Powszechniejsze może być również występowanie pozostałości układów planetarnych wokół tych gwiazd. Wyniki badania wskazują zarazem, że systemy nie przestają być aktywne wraz ze śmiercią gwiazdy, wokół której krążą.

Gwiazdy kończą życie po wyczerpaniu paliwa jądrowego, jednak przebieg ostatnich etapów ich ewolucji zależy od masy. Największe obiekty wybuchają jako supernowe. Mniejsze, takie jak Słońce, odrzucają natomiast swoje zewnętrzne warstwy. Do tej grupy należy około 97 proc. gwiazd Drogi Mlecznej.

Po odrzuceniu zewnętrznych warstw pozostaje jądro gwiazdy, czyli biały karzeł. Jego masa może być zbliżona do masy Słońca, ale cała materia zajmuje objętość porównywalną z objętością Ziemi. Gdy ustają reakcje jądrowe, znika źródło energii, które wcześniej przeciwdziałało zapadaniu się obiektu pod wpływem grawitacji. W rezultacie jego jądro kurczy się do niewielkich rozmiarów.

W białych karłach nie zachodzi już fuzja jądrowa, ale pozostają one gorące i nadal świecą. Astronomowie mogą je obserwować i badać ich właściwości za pomocą teleskopów oraz spektrometrów. Narzędzia te pozwoliły również wykryć zanieczyszczenie białych karłów, które jest zaskakująco powszechne.

Jak białe karły pochłaniają materię?

Ze względu na ogromną gęstość białych karłów i dużą masę zanieczyszczających je pierwiastków te ostatnie powinny szybko opadać w głąb gwiazdy i znikać, zanim astronomowie zdążą je wykryć. Mimo to ślady takiego zanieczyszczenia zaobserwowano u około 50 proc. znanych obiektów tego typu.

Zdaniem naukowców obserwacje wskazały, że białe karły muszą pochłaniać znaczne ilości materii. Jej napływ powinien przynajmniej równoważyć ilość pierwiastków, które opadają w głąb gwiazdy. Model opracowany w ramach badania sugeruje jednak, że tempo tego procesu może być jeszcze większe, niż dotychczas zakładano.

Badacze przeanalizowali również wpływ pól magnetycznych na zanieczyszczenie białych karłów. Z ich obliczeń wynika, że mogą one skupiać napływającą materię w niewielkich obszarach wokół biegunów magnetycznych pozostałości gwiazdy.

Zdaniem astronomów proces ten przypomina powstawanie zórz polarnych na Ziemi. Naładowane cząstki wysyłane przez Słońce poruszają się wzdłuż linii pola magnetycznego naszej planety i docierają do określonych obszarów atmosfery, gdzie powstają zorze. W przypadku białych karłów podobny mechanizm miałby dotyczyć materii pochodzącej z otaczającego je układu planetarnego.

Jeśli materia koncentruje się w kilku niewielkich obszarach, tempo jej napływu musi być znacznie większe, niż gdyby rozkładała się równomiernie na całej powierzchni białego karła. Jak wskazują badacze, wykrycie takich obszarów jest jednak niezwykle trudne przy użyciu obecnych metod obserwacyjnych, dlatego nie mogą oni jednoznacznie potwierdzić tej teorii. Istnieją dwa znane białe karły, których właściwości wydają się zgodne z przewidywaniami modelu, ale jest to zbyt mała liczba, by uznać to za pewne.

Badanie wskazuje również na problem związany z ilością materii pochodzącej z układów planetarnych, która musiałaby otaczać białe karły, aby wyjaśnić tempo jej napływu obliczone przez badaczy. Z ich szacunków wynika, że materiału musiałoby być około 100 razy więcej, niż dotychczas zakładano. Wcześniejsze wyliczenia dopuszczają pewien margines błędu, jednak tak dużą różnicę trudno wyjaśnić.

Emil Gołoś