Coś zmieniło gwiazdę. Polacy złapali moment
Wielki Obłok Magellana skrywa gwiazdę, która zaledwie w dekadę zmieniła swoje oblicze. Polscy naukowcy wiedzą, dlaczego tak się stało.
Jedna z największych gwiazd, jakie w ogóle znamy, zachowała się tak, jakby ktoś przełączył ją w inny, nieznany dotąd tryb. W ciągu zaledwie kilkunastu lat WOH G64 z odległego Wielkiego Obłoku Magellana przeszła z roli chłodnego czerwonego kolosa do znacznie gorętszej gwiazdy w osobliwym układzie podwójnym. Za tą kosmiczną metamorfozą stoją dane z polskiego projektu OGLE i żmudne, wieloletnie obserwacje prowadzone z Warszawy.
Jeden z największych gwiezdnych kolosów
WOH G64 to gwiazda w Wielkim Obłoku Magellana, czyli w nieregularnej galaktyce satelitarnej krążącej wokół Drogi Mlecznej. Kiedy odkrywano ją w latach 80., szybko trafiła do ścisłej czołówki rekordzistów. Jej promień oszacowano na ponad 1,5 tys. promieni Słońca, czyli tyle, że gdyby postawić ją w miejscu naszej gwiazdy, sięgałaby daleko poza orbitę Marsa.
Takie obiekty nazywa się czerwonymi nadolbrzymami. Są to bardzo masywne gwiazdy pod koniec życia, które spuchły, ochłodziły swoje powierzchnie i świecą głównie w czerwieni. Typowy scenariusz zakłada, że po tej fazie w stosunkowo krótkim czasie dochodzi do widowiskowego finału, a mianowicie do eksplozji supernowej albo cichego zapadnięcia w czarną dziurę, bez dużego błysku widzialnego dla teleskopów optycznych. WOH G64 przez dziesięciolecia idealnie pasowała do tego obrazka. Aż nagle przestała.
OGLE patrzy, gwiazda pulsuje i nagle przestaje
Na początku XXI w. gwiazda trafiła pod lupę polskiego projektu OGLE, prowadzonego z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego. OGLE to wielkoskalowy przegląd nieba, który regularnie fotografuje te same obszary i mierzy jasność milionów gwiazd, szukając zmian w czasie. Dzięki temu naukowcy mogą śledzić ich zachowanie niczym długofalowy zapis EKG.
WOH G64 w latach 2001-2009 zachowywała się jak wzorcowy czerwony nadolbrzym. Jej jasność zmieniała się regularnie, z okresem około 886 dni. Było to coś w rodzaju powolnego oddychania gwiazdy – rytmicznego puchnięcia i kurczenia związanego z pulsacjami, podobnymi do tych, jakie znamy z klasycznych gwiazd zmiennych typu Mira, tylko w wydaniu ekstremalnie rozrośniętego olbrzyma.
Potem wydarzyło się coś, czego nikt się nie spodziewał. W drugiej dekadzie XXI w. jasność WOH G64 nagle spadła, a kiedy wzrosła z powrotem, gwiazda wyglądała już zupełnie inaczej. Zanikł charakterystyczny, regularny rytm pulsacji, zmieniła się barwa, a widmo pokazało wyraźny wzrost temperatury powierzchni o około 1 000 kelwinów.
Z czerwonego nadolbrzyma w żółtego hiperolbrzyma
Jak czytamy na łamach Nauka w Polsce, analiza danych fotometrycznych z OGLE oraz obserwacji spektroskopowych pokazała, że WOH G64 nie jest już klasycznym czerwonym nadolbrzymem. Stała się żółtym hiperolbrzymem – nadal ogromną gwiazdą, ale znacznie gorętszą i wyraźnie mniejszą niż wcześniej.
Żółty hiperolbrzym to jedna z najbardziej ekstremalnych klas gwiazd. To obiekty o potężnych rozmiarach, wysokiej jasności i temperaturze powierzchni wyższej niż w czerwonych nadolbrzymach, ale niższej niż w typowych niebieskich gwiazdach masywnych. Są niezwykle niestabilne, łatwo zrzucają z siebie ogromne ilości materii i mogą gwałtownie zmieniać swoje parametry w stosunkowo krótkim czasie.
Na tym jednak zaskoczenia się nie kończą. Zespół z udziałem polskich astronomów pokazał, że WOH G64 to w rzeczywistości układ podwójny, czyli dwie gwiazdy krążące wokół wspólnego środka masy. Oprócz żółtego hiperolbrzyma w systemie znajduje się gorący, niebieski składnik – gwiazda o znacznie większej masie, temperaturze i jasności niż nasze Słońce.
Taki duet nazywa się gwiazdą symbiotyczną. To układ, w którym dwie bardzo różne gwiazdy intensywnie ze sobą oddziałują, wymieniają materię, zanurzają się we wspólnym gazowym otoczeniu i potrafią w krótkim czasie spektakularnie zmieniać wygląd.
Gwiezdne połknięcie sąsiada…
Jednym z rozważanych scenariuszy jest tzw. faza wspólnej otoczki. To moment w życiu układu podwójnego, w którym bardziej masywna gwiazda rozrasta się tak bardzo, że dosłownie otula mniejszego towarzysza swoją zewnętrzną warstwą gazu. Z punktu widzenia obserwatora z zewnątrz cały system wygląda wtedy jak jedna, ogromna, rozdęta gwiazda.
Druga gwiazda nie znika jednak całkowicie. Krążąc wewnątrz otoczki, oddaje jej energię i moment pędu, co może doprowadzić do wyrzucenia części zewnętrznych warstw w przestrzeń. W efekcie pierwotny czerwony nadolbrzym chudnie – traci znaczną część swojej zewnętrznej powłoki, odsłaniając gorętsze wnętrze.
Zespół badający WOH G64 sugeruje, że właśnie coś takiego mogło się wydarzyć. Przez wiele lat widzieliśmy układ w przebraniu ekstremalnego czerwonego nadolbrzyma. Kiedy gazowa otoczka została odrzucona, naszym oczom ukazał się prawdziwy duet: żółty hiperolbrzym i niebieski towarzysz. Zanik wcześniejszych pulsacji i zmiana barwy gwiazdy świetnie wpisują się w taki scenariusz.
…albo wielka zasłona pyłu
Druga możliwość stawia w centrum uwagi nie tyle samą strukturę gwiazdy, ile wyrzuconą przez nią materię. Żółty hiperolbrzym mógł w przeszłości wypchnąć w przestrzeń gigantyczne ilości gazu i pyłu, które stworzyły wokół całego układu gęstą, chłodną zasłonę.
W takim obrazie przez lata patrzyliśmy na WOH G64 jak przez przydymioną szybę. Obiekt wydawał się chłodniejszy i bardziej czerwony, niż był w rzeczywistości był, bo jego światło filtrowała chmura materii. Z czasem ten materiał rozproszył się i stał na tyle przejrzysty, że układ znów można obserwować w bardziej nagiej postaci.
Oba scenariusze mają solidne podstawy fizyczne i tłumaczą główne cechy obserwacji. Na razie trudno jednoznacznie przesądzić, który z nich jest prawdziwy. To zadanie dla kolejnych kampanii obserwacyjnych, także w zakresie fal radiowych czy podczerwieni, gdzie świetnie widać chłodny pył.
Co dalej z tym kosmicznym duetem?
WOH G64 pozostaje obiektem w późnym etapie ewolucji. Dla masywnych gwiazd ten etap jest nieuchronnie związany z gwałtownym finałem. Naukowcy spekulują, że żółty hiperolbrzym może w przyszłości wybuchnąć jako supernowa, czyli potężna eksplozja, w której gwiazda w jednej chwili traci ogromną część masy, a jej jasność rośnie tak bardzo, że potrafi przyćmić całą galaktykę.
Możliwy jest też wariant, że dalsze zapadanie się jądra, prowadzące do powstania czarnej dziury. Ta gęsta, kompaktowa pozostałość byłaby tak masywna i tak silnie zakrzywiałaby czasoprzestrzeń, że nic (nawet światło) nie mogłoby uciec z jej bezpośredniego otoczenia.
Przeczytaj także:
Obecność niebieskiego towarzysza dodatkowo komplikuje przyszłość układu. Jeśli gwiazdy zbliżą się do siebie, mogą wymieniać materię także w kolejnych fazach życia, a w skrajnym scenariuszu połączyć się w jeden obiekt. Każdy z tych wariantów zostawiłby po sobie zupełnie inny podpis w postaci pozostałości po supernowej, nowo powstałej czarnej dziury czy układu podwójnego z kompaktowym składnikiem.
