Te gwiazdy dobrały się w parę. Spotkały się 60 lat wcześniej

Astronomowie przez niemal 8 lat obserwowali dwie masywne protogwiazdy w układzie IRAS 07299-1651 i zobaczyli coś, czego wcześniej nie dało się uchwycić z taką dokładnością: ich wzajemny ruch oraz pełną trójwymiarową geometrię powstającego układu. Najlepsze modele wskazują, że obiekty nie narodziły się razem. Najprawdopodobniej powstawały osobno, a dopiero później zbliżyły się do siebie na tyle, by stworzyć niezwykłą gwiezdną parę.

IRAS 07299-1651 znajduje się około 5500 lat świetlnych od Ziemi. W jego centrum rosną dwie masywne protogwiazdy, czyli obiekty, które nie zakończyły jeszcze formowania i nadal zbierają gaz oraz pył ze swojego otoczenia. Już obserwacje opublikowane w 2019 r. pokazały, że dzieli je około 180 jednostek astronomicznych, a minimalną łączną masę obu obiektów oszacowano wówczas na 18 mas Słońca.

Najbardziej naturalne wyjaśnienie było wtedy dość sensowne. Duży dysk materii miał ulec fragmentacji, tworząc dwa zalążki gwiazd, które od początku dorastały razem. Problem w tym, że już pierwsze dane pokazywały coś niewygodnego dla tego scenariusza: małe dyski otaczające obie protogwiazdy były ustawione pod wyraźnie różnymi kątami.

Nowe badanie, opublikowane 7 września w Nature Astronomy, wykorzystuje znacznie dłuższy zestaw danych. Zespół kierowany przez Yichena Zhanga z Shanghai Jiao Tong University połączył obserwacje ALMA i Very Large Array z obrazami wykonanymi przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba oraz Bardzo Duży Teleskop. Dzięki temu można było śledzić nie tylko położenie obu protogwiazd, lecz także ruch gazu, orientację ich dysków oraz kierunki dżetów wyrzucanych z otoczenia młodych gwiazd.

Najważniejszy okazał się tak naprawdę ruch obu obiektów. Zamiast spokojnej, stosunkowo regularnej orbity badacze otrzymali trajektorię bardzo mocno wydłużoną, bliską paraboli. Dodatkowo oba dyski okołogwiazdowe są silnie nachylone nie tylko względem siebie, ale również względem płaszczyzny ruchu całego układu.

Taki bałagan trudno pogodzić z narodzinami z jednego wspólnego dysku. Gdyby oba obiekty rzeczywiście wyrosły z tej samej obracającej się struktury, można oczekiwać większego uporządkowania ich osi obrotu i dysków. Znacznie lepiej pasuje scenariusz, w którym dwie protogwiazdy zaczęły powstawać niezależnie w osobnych zagęszczeniach materii, a następnie znalazły się na kursie prowadzącym do bliskiego spotkania.

W reprezentatywnych rozwiązaniach orbitalnych do największego zbliżenia doszło około 60 lat przed obserwowaną obecnie fazą układu. I tu potrzebne jest niezwykle ważne doprecyzowanie, bo nie oznacza to, że wydarzyło się ono około 1966 r. w ziemskim kalendarzu. IRAS 07299-1651 leży około 5500 lat świetlnych od nas, więc oglądamy promieniowanie, które opuściło ten rejon tysiące lat temu. Te 60 lat dotyczą osi czasu odtworzonej dla samego obserwowanego układu.

Zespół porównywał bardzo precyzyjne pomiary wykonane na przestrzeni niemal 8 lat i wykrył rzeczywistą zmianę położenia składników układu. W astronomii, gdzie pełny obieg gwiazdy może zajmować setki albo tysiące lat, przypomina to próbę odtworzenia kształtu całej trasy na podstawie krótkiego odcinka śladów. Im dokładniej znamy kierunek i prędkość ruchu, tym więcej można powiedzieć o tym, skąd obiekty przybyły.

W tym przypadku pomogło połączenie kilku instrumentów obserwujących kosmos na różnych długościach fal. ALMA i VLA pozwoliły zajrzeć przez otaczający młode gwiazdy gaz i pył oraz mierzyć ich położenie z ogromną dokładnością. Webb i VLT pokazały z kolei strukturę dżetów, dostarczając dodatkowych informacji o przestrzennej orientacji każdej z protogwiazd.

Takie bliskie gwiezdne spotkania zostawiały już ślady, które można było odczytać po fakcie. Na Spider’s Web opisywaliśmy układ Z Canis Majoris, w którym przelatująca gwiazda poważnie zdeformowała materię otaczającą młody układ. W IRAS 07299−1651 astronomowie poszli krok dalej, bo dzięki wieloletnim pomiarom zrekonstruowali trójwymiarowy ruch samych młodych obiektów.

Nachylone dyski również nie są czymś zupełnie nieznanym. W młodym układzie HD 98800 obserwujemy dysk ustawiony niemal biegunowo względem jednej z gwiezdnych par. Tutaj nietypowa geometria ma jednak dodatkowe znaczenie: jest jednym z argumentów wskazujących, że obie protogwiazdy nie dorastały razem od samego początku.

Największa niewiadoma dotyczy tak naprawdę tego, czy obie protogwiazdy rzeczywiście utworzą trwały układ podwójny. Obecny ruch obu protogwiazd znajduje się bardzo blisko granicy między orbitą grawitacyjnie związaną a trajektorią, po której obiekty mogłyby ostatecznie się rozdzielić. Badacze nie mogą więc jeszcze powiedzieć, że powstał stabilny układ podwójny, który będzie istnieć przez miliony lat.

Znaczenie odkrycia jest szersze, niż los tych dwóch konkretnych gwiazd. Szacuje się, że co najmniej 90 proc. masywnych gwiazd występuje w układach podwójnych lub wielokrotnych, a sposób tworzenia takich konfiguracji wpływa później na całe ich życie, włącznie z wymianą materii, eksplozjami supernowych i powstawaniem zwartych pozostałości. Do tej pory astronomowie rozważali kilka dróg powstawania takich par, od fragmentacji wspólnego dysku po późniejsze grawitacyjne przechwycenie.

Przeczytaj także:

IRAS 07299-1651 pokazuje, że ten bardziej chaotyczny wariant może działać już wtedy, gdy gwiazdy wciąż się rodzą. I właśnie to jest najciekawsze. Nie zobaczyliśmy gotowej pary i nie próbujemy wyłącznie zgadywać jej przeszłości na podstawie obecnego wyglądu. Tym razem astronomowie uchwycili ruch wystarczająco wcześnie, by niemal cofnąć taśmę i odtworzyć moment, w którym dwie osobno powstające protogwiazdy zaczęły wspólny grawitacyjny taniec.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI