Kilka gwiazd między Słońcem a Jowiszem. Tak ciasno jeszcze nie było
Wyobraź sobie, że między Słońcem a Jowiszem wepchamy nie jedną, ale kilka gwiazd. Właśnie tak wygląda nowo opisany system TIC 120362137: 3 gwiazdy tańczą w ciasnym uścisku bliżej siebie, niż Merkury krąży wokół Słońca, a 4. okrąża tę gromadkę mniej więcej w odległości jowiszowej.
Architektura nowego układu robi wrażenie nawet na zawodowych astronomach. W środku siedzi ścisły układ podwójny: dwie gwiazdy okrążają się wzajemnie co 3,3 dnia. To mniej więcej tyle, ile nam zajmuje dłuższy weekend, a nie pełny rok. Oznacza to, że dzieli je zaledwie ułamek dystansu między Ziemią a Słońcem.
Do tego duetu dołącza 3. gwiazda, wirująca wokół pary z okresem około 51 dni. Cała ta wewnętrzna trójka bez problemu zmieściłaby się wewnątrz orbity Merkurego. Gdyby taki układ przenieść do naszego kosmicznego podwórka, wszystkie trzy gwiazdy krążyłyby w przestrzeni zarezerwowanej dziś dla najbliższej Słońcu planety.
Na tym jednak nie koniec. Całą trójkę z zewnątrz obiega czwarta gwiazda. Jej orbita trwa mniej więcej 1046 dni (nieco poniżej 3 lat) i rozciąga się na odległość porównywalną z dystansem między Słońcem a Jowiszem. Innymi słowy, między naszą gwiazdą a gazowym olbrzymem spokojnie zmieściłby się cały cudzy układ czterech słońc.
Astronomowie nazywają takie konfiguracje hierarchicznymi układami 3+1. Trzy gwiazdy tworzą ciasno związany podsystem, a czwarta jest od niego wyraźnie dalej, ale wciąż pozostaje grawitacyjnie związana. Znanych jest tylko kilka tak dobrze opisanych przypadków, dlatego TIC 120362137 od razu trafił do ścisłej czołówki kosmicznych rekordzistów.
Jak polowano na cztery słońca? TESS i teleskop w Arizonie
Ziemski obserwator nie zobaczy gołym okiem żadnej z tych sztuczek. System jest zbyt daleko, a gwiazdy zlewają się w jeden punkt światła. Kluczem do odkrycia stał się kosmiczny teleskop TESS, zaprojektowany do szukania planet poza Układem Słonecznym. Jego metoda jest jednak idealna także do wyłapywania układów wielokrotnych.
TESS przez wiele tygodni patrzy na ten sam wycinek nieba i mierzy jasność tysięcy gwiazd co kilkadziesiąt sekund. Gdy jedna z gwiazd przesłoni drugą (albo gdy przed gwiazdą przejdzie planeta) rejestrowany jest charakterystyczny spadek jasności. W danych z TIC 120362137 badacze zobaczyli właśnie takie regularne pstryknięcia co 3,3 dnia. To był klasyczny sygnał zaćmieniowego układu podwójnego, nic nadzwyczajnego.
Dopiero gdy naukowcy wzięli dane pod lupę, okazało się, że co około 25-26 dni pojawiają się znacznie dłuższe, trwające nawet 2 dni spadki jasności. To już nie pasowało do prostego układu podwójnego. Po kolejnych analizach wyszło, że w grę wchodzi trzecia gwiazda, która od czasu do czasu zasłania parę lub sama jest przez nią przesłaniana. Układ zmienił się z nudnego podwójnego w potrójny.
Czwarta gwiazda wymagała od astronomów jeszcze więcej cierpliwości. Jej obecność zdradziły subtelne zmiany w czasie występowania zaćmień oraz widma zarejestrowane przez spektrograf TRES na teleskopie w Arizonie. Z przesunięć linii widmowych udało się odtworzyć ruch gwiazd wzdłuż naszej linii widzenia i potwierdzić, że cały układ jest grawitacyjnie ze sobą związany. Bez połączenia precyzyjnych pomiarów jasności z danymi spektroskopowymi czwarty składnik mógłby pozostać w ukryciu na lata.
Ich przyszłość maluje się w bieli
Ciasne układy nie są stabilne na wieczność. Im bliżej siebie krążą gwiazdy, tym silniej oddziałują, wymieniają masę i moment pędu, a ich orbity powoli się zmieniają. Zespół badający TIC 120362137 sięgnął po symulacje numeryczne, aby sprawdzić, jak ta gwiezdna rodzina będzie ewoluować przez setki milionów lat.
Najpierw starzejąca się, najbardziej masywna gwiazda z najciaśniejszej pary napuchnie do rozmiarów czerwonego olbrzyma. W pewnym momencie będzie tak duża, że dosłownie połknie swojego towarzysza. Zamiast dwóch słońc powstanie jeden, bardziej masywny obiekt w modelach oznaczany jako gwiazda A'.
Kilkaset milionów lat później A' i trzecia gwiazda z wewnętrznej trójki również staną się czerwonymi olbrzymami. Grawitacja i opór gazu zrobią tu swoje: orbity się zacieśnią, a w końcu dojdzie do kolejnego zlania. W ten sposób powstanie bardzo masywna gwiazda AB, która po wyczerpaniu paliwa zrzuci zewnętrzne warstwy i skurczy się do białego karła – gęstego, gorącego jądra złożonego głównie z węgla i tlenu.
Przeczytaj także:
Na obrzeżach układu spokojniej ewoluuje czwarta gwiazda, podobna do Słońca, która także zakończy życie jako biały karzeł. Ostatecznie z obecnej gwiezdnej gromadki zostanie więc stosunkowo spokojny układ dwóch białych karłów okrążających się co kilkadziesiąt dni.
Dla astrofizyków to prawdziwa, bezcenna kopalnia danych: jeden obiekt, w którym można testować modele zlewania się gwiazd, powstawania białych karłów o nietypowych masach i długoterminowej stabilności ciasnych układów wielokrotnych.
