Sonda Einsteina uchwyciła rozbłysk rentgenowski bardzo nieuchwytnej pary gwiazd. Odkrycie to otwiera nowy sposób badania interakcji i ewolucji masywnych gwiazd.
Ta dziwna niebiańska para składa się z dużej, gorącej gwiazdy, ponad 10 razy większej od Słońca, oraz małego, zwartego białego karła o masie podobnej do naszej dziennej gwiazdy. Do tej pory znaleziono tylko kilka takich układów. Po raz pierwszy naukowcy mogli prześledzić światło rentgenowskie pochodzące z tak ciekawej pary od jej początkowego nagłego rozbłysku do zaniku.
W dniu 27 maja 2024 Wide-field X-ray Telescope (WXT) na sondzie Einsteina zauważył promieniowanie rentgenowskie pochodzące z sąsiedniej galaktyki, Małego Obłoku Magellana. Aby odkryć pochodzenie tego nowego niebiańskiego znaku nawigacyjnego, oznaczonego jako EP J0052, naukowcy zwrócili w tym kierunku teleskop rentgenowski sondy Einsteina.
Obserwacje WXT skłoniły również satelity Swift i NICER do skierowania się w stronę nowo odkrytego obiektu. XMM-Newton podążył za nimi 18 dni później.
Goniliśmy za ulotnymi źródłami, gdy natknęliśmy się na tę nową plamę światła rentgenowskiego w Małym Obłoku Magellana. Zdaliśmy sobie sprawę, że patrzymy na coś niezwykłego, co mogła uchwycić tylko sonda Einsteina – powiedział Alessio Marino, naukowiec w Instytucie Nauk Kosmicznych (ICE-CSIC) w Hiszpanii i główny autor artykułu.
Wynika to z faktu, że spośród obecnych teleskopów monitorujących rentgenowskie niebo, WXT jest jedynym, który może obserwować promieniowanie X o niższej energii z wystarczającą czułością, aby uchwycić nowe źródło.
Początkowo naukowcy sądzili, że EP J0052 może być dobrze znanym typem układu podwójnego, który świeci w promieniowaniu rentgenowskim. Takie pary składają się z gwiazdy neutronowej pochłaniającej materię z masywnej gwiazdy towarzyszącej. Jednak dane wskazywały na coś zupełnie innego…
Rzadkie odkrycie
Dzięki temu, że sonda Einsteina uchwyciła nowe źródło od samego początku jego rozbłysku, naukowcy mogli przeanalizować partie danych z różnych instrumentów. Zbadali, jak światło zmieniło się w zakresie długości fal rentgenowskich w ciągu sześciu dni i wyodrębnili niektóre pierwiastki obecne w eksplodującej materii, takie jak azot, tlen i neon. Analiza dostarczyła kluczowych wskazówek.
Szybko zrozumieliśmy, że mamy do czynienia z rzadkim odkryciem bardzo nieuchwytnej niebiańskiej pary – wyjaśnił Alessio. Niezwykły duet składa się z masywnej gwiazdy, którą nazywamy gwiazdą typu Be, o masie 12 razy większej od Słońca, oraz gwiezdnego „trupa” znanego jako biały karzeł, zwartego i niezwykle gęstego obiektu o masie podobnej do naszej dziennej gwiazdy.
Obie gwiazdy krążą blisko siebie, a intensywne pole grawitacyjne białego karła wyciąga materię z jego towarzysza. W miarę jak coraz więcej materii (głównie wodoru) spada na zwarty obiekt, jego silna grawitacja ściska go, aż do zainicjowania niekontrolowanej eksplozji jądrowej. Powoduje to jasny błysk światła o szerokim zakresie długości fal, od światła widzialnego po ultrafiolet i promieniowanie rentgenowskie.
Na pierwszy rzut oka istnienie tego duetu jest zastanawiające. Masywne gwiazdy typu Be szybko spalają swoje zapasy paliwa jądrowego. Ich życie jest gwałtowne i krótkie, trwa około 20 milionów lat. Jej towarzysz jest (zazwyczaj) zapadniętą pozostałością gwiazdy podobnej do Słońca, która w izolacji żyłaby kilka miliardów lat.
Ponieważ gwiazdy podwójne zazwyczaj tworzą się razem, jak to możliwe, że rzekomo krótko żyjąc gwiazda wciąż świeci jasno, podczas gdy ta rzekomo długo żyjąca już umarła?
Istnieje pewne wyjaśnienie
Opowieść o dwóch gwiazdach
Naukowcy uważają, że para ta zaczynała razem, jako lepiej dobrana para składająca się z dwóch dość dużych gwiazd, sześć i osiem razy masywniejszych niż nasze Słońce.
Większa gwiazda wcześniej wyczerpała swoje paliwo jądrowe i zaczęła się rozszerzać, wyrzucając materię do swojego towarzysza. Najpierw gaz w jej nadmuchanych zewnętrznych warstwach został wciągnięty przez towarzysza; następnie jego pozostałe zewnętrzne powłoki zostały wyrzucone, tworząc otoczkę wokół dwóch gwiazd, która później stała się dyskiem i ostatecznie się rozpuściła.
Pod koniec tego dramatu gwiazda towarzysząca urosła do 12-krotności masy Słońca, podczas gdy jądro drugiej gwiazdy zapadło się, stając się białym karłem o masie nieco ponad jednej masy Słońca. Teraz przyszła kolej na białego karła, który kradnie i pożera materię z zewnętrznych warstw gwizdy typu Be.
Te badania dają nam wgląd w rzadko obserwowaną fazę ewolucji gwiazd, która jest wynikiem złożonej wymiany materii, która musiała nastąpić między dwiema gwiazdami – zauważył Ashley Chrimes, pracownik naukowy i astronom rentgenowski w ESA. To fascynujące zobaczyć, jak oddziałująca para masywnych gwiazd może dać tak intrygujący rezultat.
Dalsze obserwacje misji XMM-Newton w kierunku EP J0052, 18 dni po pierwszym spojrzeniu sondy Einsteina, nie zaobserwowały już sygnału. Wyznacza to limit czasu trwania rozbłysku, pokazując, że był on stosunkowo krótki.
Czas trwania krótkiego wybuchu oraz obecność neonu i tlenu wskazują na dość ciężki typ białego karła, prawdopodobnie o 20% masywniejszego od Słońca. Jego masa jest bliska poziomu, zwanego granicą Chandrasekhara, powyżej którego gwiazda kontynuowałaby implozję i stałaby się jeszcze gęstszą gwiazdą neutronową lub eksplodowałaby jako supernowa.
Monitor zmieniający zasady gry
Wybuchy duetu biały karzeł i gwiazda typu Be były niezwykle trudne do uchwycenia, ponieważ najlepiej obserwuje się je w niskoenergetycznym promieniowaniu rentgenowskim. Pojawienie się sondy Einsteina daje wyjątkową szansę na dostrzeżenie tych ulotnych źródeł i sprawdzenie naszego zrozumienia tego, jak ewoluują masywne gwiazdy – zauważył Eric Kuulkers, naukowiec projektu ESA dla sondy Einsteina.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
ESA
