Gwiezdny kanibalizm. Astronomowie znaleźli parę gwiazd, tworzących układ kataklizmiczny. Jaki los je czeka?

W tym artykule:

1. Co to jest układ kataklizmiczny?
2. Co się stanie z gwiazdami w układzie kataklizmicznym?
3. Jak znaleźć układ kataklizmiczny
4. Wyjątkowy układ odkryty dzięki algorytmowi
5. Komentarze polskich naukowców

Autorami badań są naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT). Wykazały one, że oddalone od nas o ok. 3000 lat świetlnych gwiazdy w układzie podwójnym krążą wokół siebie tak blisko, że jedna z gwiazd uległa wypaleniu.

– Były one związane ze sobą na podwójnej orbicie przez osiem miliardów lat – mówi dr Kevin Burdge z MIT. – Jedna z nich mogła zakończyć swój gwiezdny cykl życia i stać się białym karłem w sposób, w jaki zwykle robią to gwiazdy – ewoluując w rodzaj gwiazdy zwanej czerwonym olbrzymem. Jednak druga gwiazda, a właściwie jej resztki pod postacią białego karła, przerwały koniec cyklu życia towarzysza i zaczęły go powoli konsumować – dodaje naukowiec.

Co to jest układ kataklizmiczny?

Układ wydaje zaliczać się do rzadko spotykanej klasy układów podwójnych, znanych jako układ kataklizmiczny lub zmienna kataklizmiczna. Charakteryzują się one tym, że gwiazda typu słonecznego u progu życia, gdy ma masę równą połowie masy Słońca i wielkość Jowisza, krąży ciasno wokół białego karła. Czyli gorącego, gęstego jądra wypalonej gwiazdy.

Wskazano 5 układów gwiezdnych, które mogą nadawać się do zamieszkania

Mamy dokładnie jeden punkt danych, w stosunku do którego możemy mierzyć egzoplanety pod kątem możliwości zamieszkania: Ziemia. Z tego co wiemy, życie rozwinęło się tylko na tej jednej, b...

Do powstania zmiennej kataklizmicznej dochodzi, gdy obie gwiazdy zbliżają się do siebie przez miliardy lat. Dochodzi wówczas do akrecji, czyli opadania materii z gwiazdy podobnej do Słońca na żarłocznego białego karła. Proces ten może emitować ogromne, zmienne błyski światła, które wieki temu astronomowie uznawali za wynik jakiegoś nieznanego kataklizmu. Stąd nazwa zmienna kataklizmiczna.

Co się stanie z gwiazdami w układzie kataklizmicznym?

Nowo odkryty system, który zespół oznaczył jako ZTF J1813+4251, jest zmienną kataklizmiczną o najkrótszym wykrytym do tej pory okresie orbitalnym. W przeciwieństwie do innych takich systemów obserwowanych w przeszłości, astronomowie uchwycili tę kataklizmiczną zmienną dzięki wielokrotnym obserwacjom zaćmienia gwiazdy. To pozwoliło zespołowi precyzyjnie zmierzyć właściwości każdej z gwiazd w układzie.

Na tej podstawie uczeni przeprowadzili symulację tłumaczącą, jak system porusza się w tym momencie. A także jak powinien ewoluować w ciągu najbliższych setek milionów lat. Naukowcy doszli do wniosku, że gwiazdy są teraz w okresie przejściowym. Podobna do Słońca gwiazda krąży i oddaje znaczną część swojej wodorowej atmosfery żarłocznemu białemu karłowi.

Gwiazda podobna do Słońca zostanie ostatecznie całkowicie „rozebrana” do gęstego, bogatego w hel jądra. Za kolejne 70 milionów lat gwiazdy będą poruszać się jeszcze bliżej siebie, z ultrakrótkim okresem orbitalnym sięgającym zaledwie 18 minut. Potem zaczną się rozszerzać i dryfować. Końcem tego układu nie będzie więc kataklizm, lecz rozstanie.

Jak znaleźć układ kataklizmiczny

Już kilkadziesiąt lat temu naukowcy m.in. z MIT przewidywali, że zmienne kataklizmiczne powinny przejść na ultrakrótkie orbity. Ale po raz pierwszy w historii taki system został zaobserwowany bezpośrednio.

– Od dawna przewidywano, że obiekty te powinny przejść na ultrakrótkie orbity. Przez długi czas dyskutowano, czy mogą być one wystarczająco krótkie, aby emitować wykrywalne fale grawitacyjne. To odkrycie kładzie kres rozważaniom – twierdzi dr Kevin Burdge z MIT.

Uczeni donoszą o swoim odkryciu na łamach prestiżowego czasopisma „Nature”. Współautorami badania są naukowcy m.in. z Harvardu i Smithsonian Center for Astrophysics.

Astronomowie odkryli nowy układ w obszernym katalogu gwiazd, obserwowanych przez Zwicky Transient Facility (ZTF). Wykorzystuje on kamerę podłączoną do teleskopu w Obserwatorium Palomar w Kalifornii do robienia zdjęć szerokich połaci nieba w wysokiej rozdzielczości. Do tej pory teleskop wykonał ponad 1000 zdjęć każdej z ponad jednego miliarda gwiazd na niebie, rejestrując zmieniającą się jasność każdej gwiazdy w ciągu dni, miesięcy i lat.

Słońce ma zaginionego bliźniaka? Nowa teoria zmieni rozumienie Wszechświata

Słońce – centralna gwiazda naszego układu planetarnego – miliardy lat temu mogło być częścią gwiazdy podwójnej – twierdzą harvardzcy astrofizycy. Istnienie bliźniaczej gwiazdy, kt..

Dr Burdge przeczesywał katalog, szukając sygnałów układów o ultrakrótkich orbitach. Interesowały go te, których dynamika może być tak ekstremalna, że powinny emitować dramatyczne wybuchy światła oraz fale grawitacyjne.

Wyjątkowy układ odkryty dzięki algorytmowi

W nowym badaniu dr Burdge przejrzał dane ZTF dla gwiazd, które wydawały się migać wielokrotnie, z okresem krótszym niż godzina. Czyli z częstotliwością, która zazwyczaj sygnalizuje układ co najmniej dwóch blisko orbitujących obiektów, z których jeden przechodzi przed drugim i na krótko blokuje jego światło.

Do pracy badacz użył specjalnego algorytmu. Odnalazł on w katalogu około milion gwiazd, które wydawały się migać co godzinę. Poszukiwania naukowców skupiły się na ZTF J1813+4251. To układ, który znajduje się około 3000 lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Herkulesa.

Badacze skupili się na tym systemie, wykorzystując też dane z Obserwatorium W.M. Kecka na Hawajach i Gran Telescopio Canarias w Hiszpanii. Odkryli, że system ZTF J1813+4251 jest wyjątkowo wyraźny, a jego światło zmienia się z każdym zaćmieniem. Dzięki temu byli w stanie precyzyjnie zmierzyć masę i promień każdego obiektu, a także jego okres orbitalny.

Odkryli, że pierwszym obiektem był prawdopodobnie biały karzeł, o wielkości 1/100 wielkości Słońca i około połowie jego masy. Drugi obiekt był gwiazdą podobną do Słońca pod koniec swojego życia, mniej więcej o wielkości Jowisza.

– To wyjątkowy system – mówi Burdge. – Mieliśmy podwójne szczęście, że znaleźliśmy układ, który odpowiada na wielkie otwarte pytanie i jest jedną z najpiękniej zachowujących się zmiennych kataklizmicznych – dodaje.

Komentarze polskich naukowców

– Astronomowie znają kilkanaście układów podwójnych gwiazd, w których składniki obiegają się wzajemnie z ekstremalnie krótkimi okresami, poniżej 20 minut (dla porównania, Ziemia obiega Słońce w rok). Pochodzenie tych obiektów było do tej pory zagadką, ale rozważano trzy możliwe teoretyczne wyjaśnienia tłumaczące ich powstawanie. Nowo odkryty obiekt potwierdza jedną z tych teorii. Brałem udział w badaniach prowadzonych przez projekt ZTF podczas mojego stażu podoktorskiego w California Institute of Technology w USA. Byłem odpowiedzialny za zaprojektowanie algorytmów komputerowych i wykonanie pomiarów jasności ponad 1 miliarda gwiazd obserwowanych przez ten projekt. Dzięki temu udało nam się odkryć ten wyjątkowy obiekt – mówi dr Przemysław Mróz z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego.

– To pierwszy spośród ponad tysiąca znanych zmiennych kataklizmicznych układ, którego składniki okrążają środek masy z okresem krótszym niż godzina. Obserwowane systematycznie zaćmienia pozwoliły na dokładne wyznaczenie mas i promieni składników układu, dzięki czemu możliwe stało się testowanie teoretycznych modeli ewolucji takich gwiezdnych par. Odkrywanie ekstremalnych przypadków obiektów danej klasy jest możliwe dzięki wielkim przeglądom nieba, jak wspomniany w artykule ZTF czy też polski projekt OGLE poszukujący ciekawych zmiennych zjawisk na niebie od ponad 30 lat – komentuje dr Milena Ratajczak z Obserwatorium Astronomicznego UW.

Źródła: EurekAlert, Nature.

Nasz ekspert

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.