Komunikat prasowy

Biały karzeł omiata czerwonego karła tajemniczym promieniowaniem

27 lipca 2016

Astronomowie korzystający z należącego do ESO teleskopu VLT, a także z inny teleskopów naziemnych i kosmicznych, odkryli nowy rodzaj egotycznej gwiazdy podwójnej. W systemie AR Scorpii, szybko obracający się biały karzeł przyspiesza elektrony do prawie prędkości światła. Te wysokoenergetyczne cząstki emitują promieniowanie, które dociera do towarzyszącego czerwonego karła i powoduje, że cały system dramatycznie pulsuje co 1,97 minuty w zakresie promieniowania od ultrafioletu do fal radiowych. Wyniki badań zostaną opublikowane w czasopiśmie „Nature” w dniu 28 lipca 2016 r.

W maju 2015 r. grupa miłośników astronomii z Niemiec, Belgii i Wielkiej Brytanii zainteresowała się układem gwiazd, który wykazywał zachowanie niepodobne do dotychczas znanych przypadków. Dalsze obserwacje prowadzone przez University of Warwick i za pomocą różnorodnych teleskopów naziemnych i kosmicznych [1] ujawniły prawdziwą naturę tego układu, wcześniej niewłaściwie zidentyfikowanego.

Układ gwiazd AR Scorpii, albo w skrócie AR Sco, widoczny jest w konstelacji Skorpiona i znajduje się 380 lat świetlnych od Ziemi. Składa się z gwałtownie obracającego się białego karła [2], o rozmiarach Ziemi, ale posiadającego 200 000 razy większą masę, oraz z towrzyszącego mu chłodnego czerwonego karła o jednej trzeciej masy Słońca [3], okrążających się nazwajem co 3,6 godziny w kosmicznym tańcu regularnym niczym zegar.

W swoim unikatowym twiście układ podwójny gwiazd wykazuje pewne brutalne zachowania. Bardzo magnetyczny i szybko rotujący biały karzeł AR Sco przyspiesza elektrony do prędkości prawie równej prędkości światła. Gdy te wysokoeneregtyczne cząstki przemieszczają się przez kosmos, emitują promieniowanie niczym latarnie morskie, w postaci wiązki, która omiata powierzchnię chłodnego czerwonego karła, powodując, że cały system dramatycznie jaśnieje i ciemnieje co 1,97 minuty. Te potężne pulsy obejmują m.in. promieniowanie na częstotliwościach radiowych, nigdy wcześniej nie wykryte w przypadku białego karła.

Kierujący badaniami Tom Marsh z University of Warwick’s Astrophysics Group skomentował: „AR Scorpii została odkryta ponad 40 lat temu, ale jej prawdziwa natura nie była znana przed rozpoczęciem obserwacji w roku 2015. Już kilka minut po rozpoczęciu obserwacji zdaliśmy sobie sprawę, że widzimy coś nietypowego.”

Obserwowane własności AR Sco są unikatowe. Są także tajemnicze. Promieniowanie w szerokim zakresie częstotliwości wskazuje na emisję od elektronów przyspieszanych w polach magnetycznych, co można wyjaśnić rotacją białego karła AR Sco. Samo źródło elektronów pozostaje jednak zagadką – nie jest jasne czy można je powiązać z białym karłem, czy z chłodniejszym towarzyszem.

AR Scorpii była po raz pierwszy obserwowana na początku la 70. ubiegłego wieku i regularne zmiany jasności co 3,6 godziny doprowadziły do sklasyfikowania jej jako pojedynczej gwiazdy zmiennej [4]. Prawdziwe źródło zmiennej jasności Ar Scorpii zostało odkryte dzięki połączonym wysiłkom miłośników astronomii i astronomów zawodowych. Podobne pulsacyjne zachowanie było obserwowane wcześniej, ale od gwiazd neutronowych – jednych z najbardziej gęstych obiektów we Wszechświecie – a nie z białych karłów.

Boris Gänsicke, współautor nowych badań, z University of Warwick, podsumowuje: „Znaliśmy pulsujące gwiazdy neutronowe od prawie pięć dziesięciu lat i niektóre teorie przewidywały, że białe karły mogą wykazywać podobne zachowanie. To bardzo ekscytujące, że odkryliśmy tego rodzaju system. Jest to też fantastyczny przykład współpracy miłośników astronomii i naukowców uniwersyteckich.”

Uwagi

[1] Instrumenty, którymi wykonano obserwacje związane z niniejszymi badaniami: należący do ESO teleskopem Very Large Telescope (VLT), znajdujący się na Cerro Paranal w Chile; William Herschel and Isaac Newton Telescopes of the Isaac Newton Group of telescopes, pracujące na hiszpańskiej wyspie La Palma na Wyspach Kanaryjskich; Australia Telescope Compact Array w Paul Wild Observatory, Narrabri, Australia; NASA/ESA Hubble Space Telescope oraz satelita NASA o nazwie Swift.

[2] Białe karły formują się w późnych stadiach życia gwiazd o masach do ośmiu mas Słońca. Gdy zakończy się fuzja wodoru w jądrze gwiazdy, wewnętrzne zmiany uwidaczniają się w dramatycznym poszerzeniu gwiazdy do czerwonego olbrzyma i towarzyszącej temu kontrakcji w postaci utraty zewnętrznych warstw gwiazdy do olbrzymich obłoków gazu i pyłu. Po tym procesie pozostaje biały karzeł o rozmiarach Ziemi, ale 200 000 razy bardziej gęsty. Jedna łyżeczka materii tworzącej białego karła ważyłaby tyle co Słoń na Ziemi.

[3] Ten czerwony karzeł jest gwiazd typu M. Gwiazdy typu M są najpowszechniejsza klasą w harwardzkim systemie klasyfikacji, który używa pojedynczych liter do pogrupowania gwiazd zgodnie z ich własnościami widmowymi. Ciąg liter nie jest łatwy do zapamiętania: OBAFGKM, często stosuje się ułatwienie w postaci wierszyka „Oh Be A Fine Girl/Guy, Kiss Me”.

[4] Gwiazda zmienna to taka, w przypadku której zmienia się jasność obserwowana z Ziemi. Zmiany mogą być spowodowane własnościami wewnętrznymi, albo gwiazd może ulegać zmianom. Na przykład niektóre gwiazdy w znaczący sposób rozszerzają się i zmniejszają swój promień. Powodem może być także inny obiekt regularnie zaćmiewający gwiazdę. AR Scorpii była mylnie uważana za pojedynczą gwiazdę zmienną – okrążanie się przez dwie gwiazdy także daje regularne zmiany w obserwowanej jasności.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. „A radio pulsing white dwarf binary star”, T. Marsh et al., który ukaże się 28 lipca 2016 r. w czasopiśmie Nature.

Skład zespołu badawczego: T.R. Marsh (University of Warwick, Coventry, Wielka Brytania), B.T. Gänsicke (University of Warwick, Coventry, Wielka Brytania),  S. Hümmerich (Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e.V., Germany; American Association of Variable Star Observers (AAVSO), USA) , F.-J. Hambsch (Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e.V., Germany; American Association of Variable Star Observers (AAVSO), USA; Vereniging Voor Sterrenkunde (VVS), Belgia), K. Bernhard (Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e.V., Germany; American Association of Variable Star Observers (AAVSO), USA), C.Lloyd (University of Sussex, Wielka Brytania), E. Breedt (University of Warwick, Coventry, Wielka Brytania), E.R. Stanway (University of Warwick, Coventry, Wielka Brytania), D.T. Steeghs (University of Warwick, Coventry, Wielka Brytania), S.G. Parsons (Universidad de Valparaiso, Chile), O. Toloza (University of Warwick, Coventry, Wielka Brytania), M.R. Schreiber (Universidad de Valparaiso, Chile), P.G. Jonker (Netherlands Institute for Space Research, Holandia; Radboud University Nijmegen, Holandia), J. van Roestel (Radboud University Nijmegen, Holandia), T. Kupfer (California Institute of Technology, USA), A.F. Pala (University of Warwick, Coventry, Wielka Brytania) , V.S. Dhillon (University of Sheffield, UK; Instituto de Astrofisica de Canarias, Hiszpania; Universidad de La Laguna, Hiszpania), L.K. Hardy (University of Warwick, Coventry, Wielka Brytania; University of Sheffield, Wielka Brytania), S.P. Littlefair (University of Sheffield, Wielka Brytania), A. Aungwerojwit (Naresuan University, Tajlandia),  S. Arjyotha (Chiang Rai Rajabhat University, Thailand), D. Koester (University of Kiel, Niemcy),  J.J. Bochinski (The Open University, Wielka Brytania), C.A. Haswell (The Open University, Wielka Brytania), P. Frank (Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e.V., Niemcy) oraz P.J. Wheatley (University of Warwick, Coventry, Wielka Brytania).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Wspiera je 16 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, 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 teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), 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 głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop E-ELT (European Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia teleskopu VLT

Kontakt

Tom Marsh
Department of Physics, University of Warwick
Coventry, United Kingdom
Tel.: +44 24765 74739
E-mail: t.r.marsh@warwick.ac.uk

Boris Gänsicke
Department of Physics, University of Warwick
Coventry, United Kingdom
Tel.: +44 24765 74741
E-mail: Boris.Gaensicke@warwick.ac.uk

Richard Hook
ESO Public Information 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 eso1627