Astronomowie odkryli brakujące ogniwo w ewolucji gwiazd

Naukowcy z Uniwersytetu w Heidelbergu potwierdzili istnienie brakującego ogniwa w ewolucji gwiazd. Nowy typ kosmicznego olbrzyma nazwano „rozebraną” gwiazdą, ponieważ utraciła ona większość swoich zewnętrznych warstw, odsłaniając gorące i gęste jądro bogate w hel.

Brakujące ogniwo w ewolucji gwiazd

.Dr Varsha Ramachandran z Centrum Astronomii Uniwersytetu w Heidelbergu (ZAH) i jej współpracownicy odkryli pierwszą „rozebraną” gwiazdę o średniej masie. Odkrycie to stanowi brakujące ogniwo w naszym obrazie ewolucji tych kosmicznych gigantów w kierunku układów z łączącymi się gwiazdami neutronowymi, które są kluczowe dla naszego zrozumienia pochodzenia ciężkich pierwiastków, takich jak srebro i złoto – podaje phys.org.

Astronomowie odkryli pierwszego przedstawiciela od dawna przewidywanej, ale jeszcze niepotwierdzonej populacji gwiazd pasiastych o średniej masie. „Rozebrane gwiazdy” to gwiazdy, które utraciły większość swoich zewnętrznych warstw, odsłaniając gorące i gęste jądro bogate w hel, które powstaje w wyniku fuzji jądrowej wodoru z helem. Większość z tych rozebranych gwiazd powstaje w układach podwójnych, w których silne przyciąganie grawitacyjne jednej gwiazdy odrywa i pobiera materię z jej towarzysza. Odkrycie to ukazuje brakujące ogniwo w ewolucji gwiazd.

Badacze wiedzieli o istnieniu rozebranych gwiazd o niskiej masie, znanych jako subkarły, a także ich masywnych kuzynów, znanych jako gwiazdy Wolfa-Rayeta. Ale do tej pory nigdy nie byli w stanie znaleźć żadnej z tak zwanych „rozebranych gwiazd o średniej masie”, co rodzi pytania, czy nasz podstawowy obraz teoretyczny wymaga poważnej rewizji.

Badając gorące i jasne gwiazdy za pomocą urządzeń spektroskopowych o wysokiej rozdzielczości VLT (Very Large Telescope of the European Southern Observatory w Chile), dr Ramachandran i jej współpracownicy wykryli sygnatury w widmie gorącej, masywnej gwiazdy, która wcześniej była klasyfikowana jako pojedynczy obiekt. Szczegółowe badanie widma ujawniło, że obiekt ten nie jest pojedynczą gwiazdą, lecz układem podwójnym, składającym się z rozebranej gwiazdy o średniej masie i szybko rotującego towarzysza, tak zwanej gwiazdy „Be”, która powstała w wyniku akrecji masy z gwiazdy rozebranej.

Układ ten znajduje się w sąsiedniej galaktyce karłowatej zwanej Małym Obłokiem Magellana (SMC). Gwiazdy w tej galaktyce mają mniejszą zawartość cięższych pierwiastków, nazywanych przez astrofizyków „metalami”, niż masywne gwiazdy w naszej Drodze Mlecznej. Ubogie w metale masywne gwiazdy w SMC działają zatem jako okno na przeszłość naszej galaktyki i chemiczną ewolucję wszechświata.

„Dzięki naszemu odkryciu pokazujemy, że dawno niewidziana populacja takich gwiazd rzeczywiście istnieje. Ale nasze odkrycia wskazują również, że mogą one wyglądać zupełnie inaczej niż się spodziewaliśmy” – wyjaśnia dr Ramachandran i dodaje, że zamiast całkowicie utracić swoje zewnętrzne warstwy, takie gwiazdy mogą zachować niewielką, ale wystarczającą ilość wodoru na wierzchu swoich helowych rdzeni, co sprawia, że wydają się znacznie większe i chłodniejsze niż są w rzeczywistości.

„Dlatego nazywamy je 'częściowo rozebranymi gwiazdami'” – dodaje. Dr Andreas Sander wskazuje, że ich płaszcz z pozostałego wodoru jest formą przebrania. „Częściowo rozbierane gwiazdy wyglądają bardzo podobnie do normalnych, gorących gwiazd, ukrywając się w ten sposób na widoku. Tylko dane o wysokiej rozdzielczości w połączeniu z dokładną analizą widmową i szczegółowymi modelami komputerowymi mogą ujawnić ich prawdziwą naturę”.

„Rozebrana” gwiazda

.Nic dziwnego, że tak długo udawało im się unikać wykrycia. „Szczególną zaletą tej gwiazdy była jej masa: kilka razy większa niż masa naszego Słońca może wydawać się duża, ale jest ona wyjątkowo lekka jak na wygląd niebieskiego supergiganta” – wyjaśnia lider grupy badawczej.

Dr Jakub Klencki, niezależny badacz w Europejskim Obserwatorium Południowym (ESO) i współautor odpowiedniego artykułu badawczego, wyjaśnia, że nowo odkryty system służy jako krytyczne ogniwo w łańcuchu ewolucyjnym łączącym kilka różnych „gatunków” egzotycznych obiektów. „Nasze modele ewolucji gwiazd przewidują, że za około milion lat gwiazda pozbawiona otoczki wybuchnie jako tak zwana supernowa z otoczką, pozostawiając po sobie pozostałość w postaci gwiazdy neutronowej” – mówi dr Klencki.

Odkrycie dokonane przez dr Ramachandran i jej współpracowników jest pierwszą taką gwiazdą podwójną znalezioną do tej pory w galaktyce ubogiej w metale. Jeśli układ podwójny przetrwa eksplozję supernowej, role obu gwiazd odwrócą się: Gwiazda towarzysząca typu Be przekaże masę gwieździe neutronowej, stając się tzw. układem podwójnym Be X-ray.

Takie fascynujące układy są uważane za protoplastów podwójnych fuzji gwiazd neutronowych, być może największych kosmicznych spektakli zaobserwowanych do tej pory i pochodzenia pierwiastków chemicznych, takich jak srebro czy złoto. Zrozumienie ścieżki ich formacji jest jednym z głównych wyzwań współczesnej astrofizyki, a obserwacje pośrednich etapów ewolucji mają kluczowe znaczenie dla osiągnięcia tego celu.

„Nasze odkrycie dodaje ważny element do układanki, dostarczając pierwszych bezpośrednich ograniczeń dotyczących tego, jak przebiega ewolucja transferu masy w tak masywnych układach gwiezdnych” – podsumowuje dr Ramachandran.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba

.Zastępca dyrektora ds. rozwoju technologii i profesor w Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk, Piotr ORLEAŃSKI, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Udało się ustawić wszystkie 18 luster Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Stanowią one razem zwierciadło o rozpiętości 6,5 metra. Każde z luster musi być oddzielnie wyjustowane, by móc dobrze zobrazować dane, które pozyskuje. W lipcu 2022 roku zobaczyliśmy pierwsze zachwycające zdjęcia różnego rodzaju obiektów kosmicznych. NASA opublikowało specjalną animację, na której można porównać zdjęcia tych samych obiektów pozyskane za pomocą teleskopu Hubble’a i Webba. Dopiero gdy się porównuje zdjęcia, widać, jaka jest różnica między tymi teleskopami”.

„Teleskopy Hubble’a i Webba różnią się dwoma rzeczami. Nowszy z nich jest większy, w związku z tym jest w stanie obserwować mniejsze obiekty, głównie te, które znajdują się dalej od nas. Widziane przez nas w ten sposób kosmiczne zdarzenia zachodziły w przeszłości – światło potrzebowało milionów lat, by do nas dotrzeć i byśmy mogli te zdarzenia teraz zaobserwować. Można powiedzieć, że widzimy to, co działo się np. 13,5 miliarda lat temu. W przypadku teleskopu Hubble’a było to 12 miliardów lat. Ale nawet obiekty wcześniej zaobserwowane przez teleskop Hubble’a widzimy dziś dzięki teleskopowi Webba znacznie bardziej szczegółowo. Tym, co różni te teleskopy, jest również to, że instrumenty teleskopu Hubble’a pracują w zakresie widzialnym, natomiast Webba w podczerwieni. To jest zupełnie inne spektrum fali elektromagnetycznej. Również dzięki temu można więcej zobaczyć. Jednak tym, co znacznie różni te twa teleskopy, jest ich wielkość – starszy ma dwa metry średnicy, nowszy ponad sześć” – pisze prof. Piotr ORLEAŃSKI w tekście „Kosmos coraz bliżej, także z Polakami“.

Oprac. Emil Gołoś