Pierwsze zdjęcia Gwiazdy Polarnej w tak wysokiej rozdzielczości. Jest znacznie cięższa, niż sądzono

W tym artykule:

1. Gwiazda żeglarzy
2. Cefeida w układzie potrójnym
3. Prędkość radialna Polaris

Aby wykonać te fotografie, obserwatorium optyczne CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy) uruchomiło sieć sześciu metrowej szerokości teleskopów. Wspólnie składają się one na interferometr optyczny o dużej średnicy. Zbierane w ten sposób dane dotyczące światła są łączone w centralnym obiekcie, aby zapewnić jeden pełny, przejrzysty obraz źródła.

To tak, jakby sekstet teleskopów tworzył jeden ostateczny teleskop o średnicy 330 metrów. Dzięki temu rozdzielczość obrazu – w szczególności rozdzielczość kątowa – jest doskonała. Wszystko po to, by możliwie dokładnie obejrzeć najjaśniejszą gwiazdę konstelacji Małej Niedźwiedzicy – Alfa Ursae Minoris, zwaną też Polaris lub Gwiazdą Polarną.

Gwiazda żeglarzy

Polaris jest jasną, choć nie najjaśniejszą gwiazdą na niebie. Ma wielkość gwiazdową 2,02m i zajmuje 48. miejsce pod względem jasności wizualnej. Jej charakterystyczną cechą jest to, iż jej pozycja na niebie pozostaje niemal niezmienna w ciągu nocy, podczas gdy inne gwiazdy poruszają się wokół bieguna (gwiazdy okołobiegunowe) lub wschodzą i zachodzą. Z tego powodu od wieków służyła do określania kierunków – zawsze wskazuje północ. Była także wykorzystywana w astronawigacji i do wyznaczania szerokości geograficznej.

Naukowcy z obserwatorium CHARA wykonali niedawno serię zdjęć Gwiazdy Polarnej i zestawili je z fotografiami wykonanymi w latach 2016–2021. Dzięki analizie zidentyfikowali pewne wcześniej nieznane cechy Polaris. Przede wszystkim dostrzegli na jej powierzchni plamy, podobne do tych występujących na Słońcu.

Przypomnijmy, że plamy słoneczne to obszary na powierzchni Słońca, które mają niższą temperaturę niż otoczenie. Stąd optycznie sprawiają wrażenie ciemnych. Charakteryzują się też silnym polem magnetycznym. Właśnie zwiększenie się liczby plam słonecznych jest oznaką tzw. maksimum słonecznego. Czyli okresu, w którym gwiazda jest wyjątkowo aktywna i generuje potężne rozbłyski oraz tzw. koronalne wyrzuty masy (CME).

Cefeida w układzie potrójnym

– Zdjęcia z CHARA ujawniły duże jasne i ciemne plamy na powierzchni Gwiazdy Polarnej. Plamy te zmieniały się w czasie – mówi Gail Schaefer, dyrektor CHARA Array. Jednym z głównych powodów, dla których to odkrycie było zaskoczeniem, jest fakt, że Gwiazda Polarna nie należy do kategorii starych gwiazd. Jest ona cefeidą, co oznacza, że okresowo jaśnieje i ciemnieje.

W szczególności Gwiazda Polarna staje się jaśniejsza i słabsza w cyklu czterodniowym. Pozwala to na wykorzystanie Polaris i innych cefeid do pomiarów odległości kosmicznej. Obserwowanie zmian jasności cefeidy w ciągu jednego cyklu może ujawnić jej prawdziwą jasność.

Jak twierdzi zespół naukowy CHARA, nowe zdjęcia Gwiazdy Polarnej w wysokiej rozdzielczości stanowią pierwszy „rzut oka na to, jak wygląda powierzchnia cefeidy”. Ale zaobserwowane plamy nie były jedynym wynikiem analizy przeprowadzonej przez naukowców.

W odróżnieniu od naszego samotnego Słońca, Gwiazda Polarna nie podróżuje przez Wszechświat w pojedynkę. Jest znacznie większa od naszej gwiazdy macierzystej. Ma około 46 razy większą masę i znajduje się ponad 400 lat świetlnych od nas. Gwiazda Polarna jest częścią układu potrójnego. Co ciekawe, w tym układzie to ona jest najjaśniejsza.

Początkowo celem badań nad Polaris było opracowanie mapy orbity jednej z gwiazd, która okrąża Gwiazdę Polarną co 30 lat. Ta gwiazda znajduje się znacznie bliżej niż pozostałe, co komplikuje badania. Odkryto ją dopiero około 2005 roku, a jej istnienie zostało potwierdzone dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Hubble’a.

Prędkość radialna Polaris

Nancy Evans z Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian, która kierowała zespołem zajmującym się identyfikacją towarzysza, zauważyła, że niewielka odległość i duży kontrast jasności między obiema gwiazdami sprawiają, że ich rozdzielenie podczas największego zbliżenia jest niezwykle trudne. Z tego powodu zespół korzystał także z innych narzędzi astronomicznych, takich jak interferometr plamkowy w Obserwatorium Apache Point w Nowym Meksyku.

– Masa oraz odległość wskazują, że cefeida jest jaśniejsza, niż przewidywano dla tej masy na podstawie jej ewolucji – twierdzą autorzy badania. Interesujące jest też to, jak widoczne na powierzchni Polaris plamy oraz prędkość obrotowa gwiazdy mogą sugerować 120-dniowe zmiany w jej prędkości radialnej – odnosząc się do wahań prędkości obiektu widzianego wzdłuż linii wzroku obserwatora. To dodaje kolejny element zagadki.

– Planujemy kontynuować badania obrazu Gwiazdy Polarnej. Mamy nadzieję, że uda nam się lepiej zrozumieć mechanizm tworzenia się plam na powierzchni Gwiazdy Polarnej – oznajmił John Monnier, profesor astronomii na Uniwersytecie Michigan i współautor badań.

Źródło: Space.

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”.