Rozszyfrowaliśmy tajemniczy sygnał z kosmosu. To gwiazda zombie
Astronomowie wreszcie rozszyfrowali tajemniczy sygnał z kosmosu. Za zagadkowe impulsy może odpowiadać gwiazda zombie, która pożera swojego sąsiada.
Astronomowie od kilku lat rejestrują z kosmosu sygnały, których pochodzenie pozostawało bardzo zagadkowe. Powtarzają się znacznie rzadziej niż impulsy typowych pulsarów, a jednocześnie wykazują regularność trudną do wyjaśnienia przypadkowymi procesami. Teraz jeden z takich obiektów został dokładnie zidentyfikowany. To układ ASKAP J1745−5051, w którym biały karzeł przechwytuje materię od niewielkiego gwiezdnego towarzysza i mniej więcej co 1,4 godziny emituje impulsy radiowe oraz promieniowanie rentgenowskie.
Trafili na kosmiczny szyfr
Nowo opisany obiekt należy do klasy zjawisk nazywanych długookresowymi przejściowymi źródłami radiowymi. Po angielsku używa się nazwy long-period radio transients, w skrócie LPT. To źródła, które emitują powtarzające się impulsy radiowe, ale robią to w skalach czasu liczonych w minutach albo godzinach, a nie w milisekundach czy sekundach.
To właśnie czyniło te sygnały problematycznymi dla astronomów. Klasyczne pulsary, czyli szybko obracające się gwiazdy neutronowe, potrafią migać radiowo z niezwykłą regularnością. Problem w tym, że przy tak długich okresach obrotu część modeli mówi jasno: neutronowa latarnia powinna już zgasnąć. Zbyt wolno wirująca gwiazda neutronowa nie powinna łatwo produkować takich sygnałów. Astronomowie mieli więc kosmiczne impulsy, ale brakowało im wiarygodnego mechanizmu.
ASKAP J1745−5051 może być przełomem, bo po raz pierwszy udało się tak wyraźnie powiązać jeden z takich sygnałów z konkretnym typem układu. Nie chodzi o samotny pulsar, lecz o układ podwójny, składający się z białego karła i niewielkiego czerwonego karła, które krążą bardzo blisko siebie, a ich wzajemne oddziaływanie wytwarza sygnały radiowe oraz rentgenowskie.
Gwiazda zombie pożera sąsiada
Biały karzeł bywa nazywany gwiazdą zombie dlatego, że jest martwym rdzeniem dawnej gwiazdy, który nadal potrafi siać zamieszanie. To pozostałość po gwieździe podobnej do Słońca, która zużyła paliwo, odrzuciła zewnętrzne warstwy i zostawiła po sobie bardzo gęste jądro mniej więcej rozmiaru Ziemi, ale o masie zbliżonej do masy Słońca.
W ASKAP J1745−5051 ten biały karzeł nie jest samotny. Towarzyszy mu większa objętościowo, ale znacznie lżejsza gwiazda typu czerwonego karła. Jej masa to ok. 1/10 masy Słońca. Obie gwiazdy krążą wokół siebie ekstremalnie blisko, wykonując pełny obieg w nieco ponad godzinę.
Taka bliskość ma swoje ciekawe konsekwencje. Biały karzeł przyciąga materię ze swojego towarzysza. Gaz wyrwany z czerwonego karła zaczyna spływać w stronę gęstej gwiezdnej pozostałości. Po drodze nagrzewa się i emituje promieniowanie rentgenowskie. Jednocześnie pola magnetyczne obu obiektów oddziałują z naładowaną materią, produkując impulsy radiowe.
Kosmos daje impuls dokładnie co 1,4 godziny
Najważniejszą cechą ASKAP J1745−5051 jest tak naprawdę wyjątkowa regularność. Sygnały radiowe i rentgenowskie powtarzają się w rytmie orbitalnym układu, mniej więcej co 1,3-1,4 godziny. To oznacza, że emisja jest związana z ruchem obu gwiazd wokół wspólnego środka masy, a nie z przypadkowym rozbłyskiem.
Jednocześnie radio i promieniowanie rentgenowskie nie osiągają maksimum w tym samym momencie. Gdyby oba sygnały pochodziły z dokładnie tego samego miejsca i tego samego procesu, ich rytm powinien być bardziej zsynchronizowany. Skoro są przesunięte względem siebie, oznacza to, że powstają w różnych regionach układu.
Promieniowanie rentgenowskie najpewniej jest związane z akrecją, czyli opadaniem materii na białego karła albo w jego pobliże. Radio ma z kolei pochodzić z obszaru, w którym pola magnetyczne obu gwiazd spotykają się z wyrwaną, naładowaną materią. Tam cząstki mogą być przyspieszane i emitować silnie spolaryzowane, wiązkowe impulsy radiowe.
ASKAP zobaczył to, co łatwo przeoczyć
Źródło odkryto dzięki radioteleskopowi ASKAP w Australii. To instrument szczególnie przydatny do łowienia rzadkich, rozproszonych po niebie sygnałów, bo potrafi obserwować duże obszary z dobrą czułością i rozdzielczością. Właśnie takich możliwości potrzeba przy zjawiskach, które są rzadkie, okresowe i mogą łatwo umknąć w klasycznych obserwacjach nastawionych na inne cele.
Później do pracy włączono kolejne instrumenty. Wykorzystano m.in. Australia Telescope Compact Array, południowoafrykański MeerKAT, teleskopy optyczne w Chile oraz kosmiczne obserwatoria rentgenowskie i ultrafioletowe, w tym Swift oraz Einstein Probe. To ważne, bo samo radio nie wystarczyłoby do pełnej diagnozy.
Astronomowie musieli pokazać, że w tym samym miejscu znajduje się optyczny odpowiednik, że widmo pasuje do układu z akrecją, że pojawiają się linie wodoru i helu typowe dla gorącej, pobudzonej materii, oraz że promieniowanie rentgenowskie zachowuje się w zgodzie z ruchem orbitalnym.
Dopiero zestawienie wszystkich obserwacji pozwoliło jednoznacznie zidentyfikować źródło sygnału. Dane wskazują, że nie jest to przypadkowy radiowy rozbłysk, lecz dobrze określony układ podwójny, w którym emisja wynika z konkretnych procesów fizycznych związanych z akrecją materii i oddziaływaniami magnetycznymi.
Magnetyczna burza w miniaturowym układzie
Najważniejsze procesy w tym układzie zachodzą w przestrzeni między obiema gwiazdami. Biały karzeł dysponuje silnym polem magnetycznym, a czerwony karzeł także nie jest pod tym względem bierny. Gdy obiekty krążą tak blisko siebie i jednocześnie dochodzi do przepływu materii z jednej gwiazdy na drugą, tworzy się niezwykle dynamiczne środowisko pełne naładowanych cząstek, gwałtownych oddziaływań magnetycznych i intensywnego promieniowania.
W takim układzie plazma, czyli gaz złożony z naładowanych cząstek, porusza się w polach magnetycznych, jest podgrzewana, przyspieszana i kanalizowana. To może prowadzić do emisji radiowej o dużej spójności i silnej polaryzacji. Polaryzacja mówi, jak uporządkowane są drgania fali elektromagnetycznej. Jeśli sygnał jest mocno spolaryzowany, to zwykle wskazuje to na uporządkowane pola magnetyczne i specyficzny mechanizm emisji.
Przeczytaj także:
W przypadku ASKAP J1745−5051 sygnały radiowe są bardzo skomplikowane. Mogą zmieniać częstotliwość, wykazywać przerwy, mieć różne kształty i być powiązane z lokalną plazmą działającą jak ekran zakłócający albo modulujący promieniowanie. W publikacji pojawia się nawet porównanie do zjawisk znanych z układu Jowisz-Io, gdzie księżyc Io oddziałuje z magnetosferą Jowisza i prowadzi do charakterystycznej emisji radiowej.
Tutaj zamiast planety i księżyca mamy jednak martwy rdzeń gwiazdy oraz czerwonego karła. Skala energii, grawitacji i pól magnetycznych jest więc zupełnie inna.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
