Polscy naukowcy na tropie tajemniczego promieniowania X. To może być wybuch termojądrowy
Międzynarodowy zespół astronomów, na czele z naukowcami z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, dokonał interesującego odkrycia. W sąsiednich galaktykach, zwanych Obłokami Magellana, zaobserwowano obiekty emitujące promieniowanie rentgenowskie w zupełnie niespotykany dotąd sposób.
W najnowszej publikacji w Astrophysical Journal Letters astronomowie opisali nieznaną wcześniej grupę 29 obiektów znajdujących się w dwóch sąsiednich galaktykach, zwanych Obłokami Magellana. Gwiazdy te wyróżniały się długotrwałymi rozbłyskami promieniowania rentgenowskiego.
Odkryte obiekty nie przypominały niczego co było do tej pory znane. Badacze natrafili na nie dzięki ponad 20-letnim obserwacjom zebranym w ramach przeglądu nieba OGLE, prowadzonego przez naukowców z Uniwersytetu Warszawskiego.
OGLE to prawdziwy maraton obserwacyjny, który dostarcza nam bezcennych informacji o kosmosie. Dzięki niemu możemy obserwować zmiany zachodzące w odległych gwiazdach i galaktykach. I właśnie te długotrwałe obserwacje pozwoliły wyłonić z kosmicznego szumu coś zupełnie nowego.
Promieniowanie rentgenowskie jest także w kosmosie
Większość ludzi mogła mieć styczność z promieniowaniem rentgenowskim (zwanym także promieniowaniem X) podczas wizyty u lekarza. Zdjęcia rentgenowskie (RTG) są wykorzystywane m.in. w diagnostyce złamań kości czy chorób płuc. Promienie X wykorzystywane w medycynie są wytwarzane przy użyciu sztucznych źródeł.
Znacznie mniej osób wie, że niektóre ciała niebieskie mogą być również źródłami promieniowania X. Promieniowanie rentgenowskie o najniższych energiach jest zazwyczaj emitowane przez bardzo gorące obiekty, np. gaz opadający na zwarty obiekt – białego karła, gwiazdę neutronową lub czarną dziurę. Promienie X mogą także powstawać wskutek przyspieszonego ruchu naładowanych cząstek, m.in. elektronów
– mówi dr Przemysław Mróz z Obserwatorium Astronomicznego UW, główny autor publikacji.
Gwiazdy, które zachowywały się w bardzo specyficzny sposób
Przegląd OGLE to jeden z najbardziej zaawansowanych projektów obserwacyjnych na świecie. Realizowany od 1992 r. przez polskich naukowców, wykorzystuje teleskopy w Obserwatorium Las Campanas w Chile, umożliwiając systematyczne obserwacje miliardów gwiazd. To właśnie dzięki tej wyjątkowej bazie danych udało się zidentyfikować nową klasę obiektów.
Naukowcy przebadali ponad 20 lat danych - miliony zdjęć i pomiarów. Analiza pozwoliła dostrzec regularności, których wcześniej nie zauważono.
Astronomowie natrafili na 29 obiektów, które zachowywały się w bardzo specyficzny sposób. Zamiast krótkich, gwałtownych rozbłysków, typowych dla wielu znanych źródeł promieniowania rentgenowskiego, te obiekty emitowały promieniowanie przez długi czas – nawet kilka miesięcy! Co więcej, ich jasność potrafiła wzrosnąć nawet 10–20 razy. To tak, jakby nagle Słońce zaczęło świecić dziesięć razy jaśniej przez kilka miesięcy, a potem wróciło do normy.
W niektórych przypadkach rozbłyski powtarzały się co kilka lat, w innych – przez ponad 20 lat prowadzonych obserwacji zarejestrowano zaledwie jedno pojaśnienie.
Jeden z odkrytych obiektów – nazwany później OGLE-mNOVA-11 – pojaśniał w listopadzie 2023 r. Naukowcy wykorzystali tę okazję, żeby przyjrzeć się mu dokładniej.
Więcej o tajemnicach gwiazd przeczytasz na Spider's Web:
Wykorzystano jeden z największych teleskopów optycznych na świecie
Wykonaliśmy widma tego obiektu przy użyciu Wielkiego Teleskopu Południowoafrykańskiego (Southern African Large Telescope, SALT), jednego z największych teleskopów optycznych na świecie, o średnicy lustra 11 m. Obserwacje te polegały na rozszczepieniu światła gwiazdy na poszczególne składowe, co dało informacje o jej własnościach fizycznych. Zaobserwowaliśmy m.in. sygnał pochodzący od częściowo zjonizowanych atomów helu, węgla i azotu. Świadczyło to o bardzo wysokiej temperaturze panującej w tym obiekcie
– wyjaśnia dr Mróz.
Dodatkowych obserwacji dokonano za pomocą satelitarnego teleskopu rentgenowskiego Swift, w których wykryło promieniowanie X odpowiadające temperaturze 600 tys. stopni Celsjusza. Naukowcy zaznaczają, że biorąc pod uwagę wielką odległość do gwiazdy (szacowaną na ponad 160 tys. lat świetlnych), całkowita moc wyświecana przez ten obiekt w zakresie rentgenowskim była ponad 100 razy większa niż całkowita moc promieniowania Słońca.
Nazwaliśmy je milinowymi, ponieważ w maksimum jasności są o około 1 000 razy słabsze niż gwiazdy nowe klasyczne
– zaznacza dr Mróz.
Nie jest jasne, jaki mechanizm odpowiada za produkcję promieniowania rentgenowskiego
Badacze podkreślają, że ich własności wskazują, że są to układy podwójne gwiazd, które obiegają się w ciągu kilku dni. Jednym ze składników układu jest biały karzeł, wypalona pozostałość po ewolucji gwiazdy bardziej masywnej niż Słońce.
Jego towarzyszem jest tzw. podolbrzym, czyli gwiazda, w której środku wyczerpały się zapasy paliwa termojądrowego, wskutek czego zwiększyła rozmiar. Obie gwiazdy znajdują się na tyle blisko, że materia przepływa z podolbrzyma na powierzchnię białego karła.
Nie jest jasne, jaki mechanizm odpowiada za produkcję promieniowania rentgenowskiego obserwowanego podczas wybuchów milinowych. Autorzy pracy opisali dwa możliwe wyjaśnienia. Według pierwszej hipotezy promieniowanie X może być emitowane w wyniku zrzutu materii na powierzchnię białego karła.
Inne wytłumaczenie to wybuch termojądrowy na powierzchni białego karła. Gromadzi się tam cienka warstwa gazu bogatego w wodór. Ten gaz ogrzewa się i, kiedy osiągnie krytyczną temperaturę, może dojść do jego zapłonu. Wybuch jest jednak na tyle słaby, że zgromadzony gaz nie zostaje w całości odrzucony.
Niezwykle ważne obiekty
Naukowcy tłumaczą, że jeżeli ta druga hipoteza jest prawdziwa, to milinowe mogą okazać się niezwykle ważnymi obiektami w kontekście badań astrofizycznych i kosmologicznych. Jeżeli masa białego karła znajdującego się w takim układzie ciągle rośnie to, kiedy osiągnie graniczną wartość (około 1,4 masy Słońca), może dojść do wybuchu supernowej typu Ia.
Tego typu supernowe współcześnie stanowią podstawowe narzędzie astronomów do mierzenia odległości we Wszechświecie i badania jego historii. Obserwacje supernowych typu Ia posłużyły w szczególności do odkrycia przyspieszającej ekspansji Wszechświata, co zostało uhonorowane Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki w 2011 r.
Odpowiedź na pytanie, jakie kosmiczne obiekty kończą życie podczas wybuchów supernowych typu Ia, wciąż pozostaje jednak nierozstrzygnięta.
Odkrycie nowej klasy źródeł promieniowania rentgenowskiego to kolejny krok w poznawaniu Wszechświata. Pozwala nam lepiej zrozumieć procesy zachodzące w odległych galaktykach i ewolucję gwiazd. Dzięki takim badaniom możemy poszerzać naszą wiedzę o kosmosie i odkrywać jego kolejne tajemnice. A fakt, że za tym odkryciem stoją polscy naukowcy, jest powodem do dumy.
