Komunikat prasowy

Najjaśniejsze gwiazdy nie żyją samotnie

VLT odkrył, że większość gwiazd wagi ciężkiej występuje w oddziałujących ze sobą parach

26 lipca 2012

Nowe badania za pomocą Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) pokazały, że większość bardzo jasnych, masywnych gwiazd, które napędzają ewolucję galaktyk, nie żyje samotnie. Prawie trzy czwarte tego rodzaju gwiazd okazuje się mieć bliskiego towarzysza gwiazdowego, to dużo więcej niż wcześniej szacowano. Co zaskakujące, w większości tych par zachodzą destrukcyjne oddziaływania, takie jak przepływ masy z jednej gwiazdy do drugiej, a w przypadku około jednej trzeciej oczekuje się ich ostatecznego połączenia w jeden obiekt. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Science”, w wydaniu z 27 lipca 2012 r.

Wszechświat jest zróżnicowanym miejscem i wiele gwiazd wcale nie jest podobnych do Słońca. Międzynarodowy zespół naukowców wykorzystał teleskop VLT do zbadania gwiazd typu widmowego O, które charakteryzują się bardzo dużymi temperaturami, masami i jasnościami [1]. Gwiazdy te mają krótkie, ale burzliwe życie i odkrywają kluczową rolę w ewolucji galaktyk. Są także powiązane z ekstremalnymi zjawiskami, takimi jak „gwiazdy-wampiry”, w których mniejszy składnik wysysa materię z powierzchni swojego większego sąsiada oraz z rozbłyskami gamma.

“Te gwiazdy to prawdziwe monstra,” mówi Hugues Sana (University of Amsterdam, Holandia), główny autor badań. “Mają 15 i więcej razy większą masę niż nasze Słońce i mogą być nawet milion razy jaśniejsze. Są tak gorące, że świecą jasnym niebiesko-białym światłem i mają temperatury powierzchniowe ponad 30 000 stopni Celsjusza.”

Astronomowie zbadali próbkę 71 gwiazd typu O, pojedynczych i podwójnych, w sześciu nieodległych, młodych gromadach gwiazd w Drodze Mlecznej. Większość obserwacji do swoich przeprowadzili badań za pomocą teleskopów ESO, w tym teleskopu VLT.

Analizując światło przychodzące od tych obiektów [2] – jeszcze dokładniej niż to było czynione do tej pory – zespół odkrył, że 75% gwiazd typu O istnieje wewnątrz układów podwójnych. To znacznie większa proporcja niż dotychczas sądzono i pierwsze precyzyjne wyznaczenie tej wartości. Co ważniejsze, okazało się, że proporcja par, które są wystarczająco blisko na to, aby ze sobą oddziaływać (poprzez gwiazdowe mergery albo transfer masy u tzw. gwiazd-wampirów) jest znacznie większa niż ktokolwiek przypuszczał, co ma znaczenie dla naszego zrozumienia ewolucji galaktyki.

Gwiazdy typu O stanowią zaledwie ułamek procenta gwiazd we Wszechświecie, ale gwałtowne zjawiska z nimi związane powodują, że wywierają nieproporcjonalnie duży efekt na swoje otoczenie. Wiatry i fale uderzeniowe pochodzące od tych gwiazd mogą zarówno wzbudzać, jak i zatrzymywać procesy gwiazdotwórczy, ich promieniowanie powoduje świecenie jasnych mgławic, a wybuchając jako supernowe wzbogacają galaktyki w cięższe pierwiastki, niezbędne dla życia, powiązane są także z rozbłyskami gamma, które należą do najbardziej energetycznych zjawisk we Wszechświecie. Gwiazdy typu O są zatem zaangażowane w wiele mechanizmów, które sterują ewolucją galaktyk.

“Życie gwiazdy jest w znacznym stopniu osłabione, jeśli istnieje wspólnie z inną gwiazdą” mówi Selma de Mink (Space Telescope Science Institute, USA), współautorka badań. „Jeśli dwie gwiazd okrążają się bardzo blisko, mogą się połączyć. Ale nawet jeżeli to nie nastąpi, jedna z gwiazd często wyciąga materię z powierzchni swojej sąsiadki.”

Mergery gwiazdowe (połączenie się gwiazd) są gwałtownymi zjawiskami. Zespół szacuje że taki los czeka około 20-30% gwiazd typu O. Ale nawet względnie łagodny scenariusz gwiazd-wampirów, na który może liczyć kolejne 40-50% przypadków, ma głęboki wpływ na ewolucję tych gwiazd.

Do tej pory astronomowie w większości uważali, że okrążające się blisko masywne gwiazdy podwójne są raczej wyjątkiem, czymś, co potrzebne było do wyjaśnienia nietypowych zjawiska, takich jak rentgenowskie układy podwójne, podwójne pulsary czy podwójne czarne dziury. Nowe wyniki badań pokazują, że aby poprawnie zinterpretować własności Wszechświata, nie można dokonywać takiego uproszczenia: gwiazdy podwójne wagi ciężkiej są nie tylko powszechnie, ale ich życie jest fundamentalnie różne od gwiazd pojedynczych.

Na przykład, w przypadku gwiazd-wampirów, mniejsza, małomasywna gwiazda, odmładza się, gdy zasysa świeży wodór od swojej towarzyszki. Jej masa będzie stopniowo wzrastać, aż przewyższy pod tym względem swoją towarzyszkę, żyjąc dużo dłużej niż pojedyncza gwiazda o tej samej masie. W tym samym czasie jej ofiara zostaje odarta ze swojej otoczki zanim stanie się jasnym czerwonym olbrzymem. Zamiast tego eksponowane jest gorące, niebieskie jądro. W efekcie gwiazdowa populacja w odległych galaktykach może wydawać się znacznie młodsza niż w rzeczywistości: zarówno odnowione gwiazdy-wampiry, jak i zmniejszone gwiazdy-ofiary, stają się gorętsze i przyjmują bardziej niebieską barwę, udając wygląd młodszych gwiazd. Poznanie prawdziwych proporcji oddziałujących masywnych układów podwójnych jest więc kluczowe do poprawnego scharakteryzowania odległych galaktyk. [3]

“Jedyne informacje, jakie astronomowie posiadają o odległych galaktykach, pochodzą ze światła, które dociera do teleskopów. Bez uczynienia założeń co do tego jakie obiekty i czynniki są odpowiedzialne za to światło, nie można wyciągać wniosków na temat galaktyk, na przykład tego jakie mają masy, albo na ile są młode. Niniejsze badania pokazują, że częste założenie, że większość gwiazd jest pojedynczych, może prowadzić do błędnych wniosków.” podsumowuje Hugues Sana.

Zrozumienie jak duże są to efekty i w jaki sposób nowa perspektywa zmienia nasze spojrzenie na ewolucję galaktyk, będzie potrzebować dalszych prac. Modelowanie układów podwójnych jest skomplikowane, potrzeba więc czasu, zanim wszystkie te rozważania zostaną uwzględnione w modelach formowania się galaktyk.

Uwagi

[1] Większość gwiazd jest klasyfikowana ze względu na swój typ widmowy, albo kolor. Parametry te są związane z masą i temperaturą powierzchniowa gwiazdy. Od najbardziej niebieskich (najgorętszych i najbardziej masywnych) do najbardziej czerwonych (najchłodniejszych i najmniej masywnych), najpopularniejsza sekwencja klasyfikacji to O, B, A, F, G, K oraz M. Gwiazdy typu O mają temperatury powierzchniowe około 30 000 stopni Celsjusza i więcej – wyglądają jak mocno blady błękit. Mają masy 15 i więcej razy większe niż masa Słońca.

[2] Składniki układu podwójnego gwiazd zwykle są położone zbyt blisko siebie, aby widzieć je jako osobne punkty światła. Mimo tego zespół był w stanie wykryć podwójną naturę układu za pomocą spektrografu VLT o nazwie UVES (Ultraviolet and Visible Echelle Spectrograph). Spektrografy rozdzielają światło gwiazd na tęczę, podobnie jak pryzmat światło słoneczne. W tym świetle ukryte jest coś rodzaju kodu kreskowego na metkach z cenami – ciemniejsze linie w określonych barwach, pochodzące od pierwiastków znajdujących się w atmosferach gwiazd. Gdy astronomowie obserwują pojedynczą gwiazdę te tzw. linie absorpcyjne są w stałych miejscach, ale w układach podwójnych linie od obu gwiazd są nieco przesunięte względem siebie na skutek ruchu gwiazd. To na ile linie oddalają się od siebie i sposób w jaki poruszają się w trakcie upływu czasu, pozwalają astronomom poznać ruch gwiazd i ich charakterystyki orbitalne, w tym informację czy gwiazdy znajdują się na tyle blisko siebie, aby mógł następować transfer masy, a nawet połączenie obiektów.

[3] Istnienie tej dużej liczby gwiazd-wampirów bardzo dobrze pasuje do wcześniej niewyjaśnionego zjawiska. U około jednej trzeciej gwiazd, które wybuchły jako supernowe, obserwuje się bardzo mało wodoru, co jest zagadkowe, bowiem gwiazdy zazwyczaj zbudowane są głównie z wodoru. Jednak odsetek ubogich w wodór supernowych dość dobrze pasuje do odsetka gwiazd-wampirów przeanalizowanych w niniejszych badaniach. Naukowcy sądzą, że ubogie w wodór supernowe mogą być ofiarami gwiazd-wampirów – bogate w wodór warstwy gwiazdy są odkrywane przez grawitację gwiazdy-wampira zanim ofiara ma szanse eksplodować jako supernowa.

Więcej informacji

Wyniki badań przedstawiono w artykule “Binary interaction dominates the evolution of massive stars”, H. Sana et al., który ukaże  się 27 lipca 2012 roku w czasopiśmie Science.

Skład zespołu badawczego: H. Sana (Amsterdam University, Holandia), S.E. de Mink (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA; Johns Hopkins University, Baltimore, USA), A. de Koter (Amsterdam University; Utrecht University, Holandia), N. Langer (University of Bonn, Niemcy), C.J. Evans (UK Astronomy Technology Centre, Edinburgh, Wielka Brytania), M. Gieles (University of Cambridge, Wielka Brytania), E. Gosset (Liege University, Belgia), R.G. Izzard (University of Bonn), J.-B. Le Bouquin (Université Joseph Fourier, Grenoble, Francja) oraz F.R.N. Schneider (University of Bonn).

W roku 2012 mija 50. rocznica utworzenia Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO). ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Jest wspierane przez 15 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada Bardzo Duży Teleskop (Very Large Telescope), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest europejskim partnerem dla rewolucyjnego teleskopu ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. ESO planuje obecnie 40-metrowej klasy Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope - E-ELT), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Zdjęcia VLT

Kontakt

Hugues Sana
Astronomical Institute “Anton Pannekoek”, Amsterdam University
Amsterdam, The Netherlands
Tel.: +31 20 525 8496
Tel. kom.: +31 6 83 200 917
E-mail: h.sana@uva.nl

Selma de Mink
Space Telescope Science Institute
Baltimore, USA
Tel.: +1 410 338 4304
Tel. kom.: +1 443 255 3793
E-mail: demink@stsci.edu

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT & Survey Telescopes Press Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
Tel. kom.: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych

Jest to tłumaczenie Komunikatu prasowego ESO eso1230