Rozwiązywanie zagadki zmienności czerwonych olbrzymów
Naukowcy od dawna zastanawiali się nad powolnymi i regularnymi zmianami jasności wielu wyewoluowanych gwiezdnych olbrzymów. Teraz, wskazówki z nowo przeanalizowanych obserwacji w podczerwieni mogą ostatecznie rozwiązać tę zagadkę.
Wizja artystyczna czerwonego olbrzyma zaćmiewanego przez chmurę pyłu
otaczającą małomasywnego towarzysza gwiazdy. (autorka: Matylda Soszyńska).
Gdy gwiazdy takie jak nasze Słońce starzeją się, nadmuchują się nawet do rozmiarów setki razy większych niż ich rozmiary na ciągu głównym, sięgając orbit swoich planet wewnętrznych i stając się czerwonymi olbrzymami. W końcowym etapie swojego życia stają się gwiazdami zmiennymi, wykazującymi zmiany jasności, które mogą być wywołane wewnętrznymi pulsacjami, ruchami komórek konwekcyjnych w otoczkach gwiazdowych, a nawet obecnością pyłu okołogwiazdowego.
Większość tych zmienności czerwonych olbrzymów jest dość dobrze poznana, ale jest jeden typ, który pozostaje tajemnicą: tak zwane długie okresy wtórne.
Oprócz zwykłej zmienności spowodowanej pulsacjami, czerwone olbrzymy o długim okresie wtórnym wykazują regularne minima w optycznych krzywych blasku, które występują w okresach o rząd wielkości dłuższych niż pulsacje – zwykle od kilku miesięcy do kilku lat.
Zaawansowane ewolucyjnie gwiazdy z długimi okresami wtórnymi są zaskakująco powszechne: co najmniej ⅓ jasnych gwiazd asymptotycznej gałęzi olbrzymów i nadolbrzymów wykazuje takie długookresowe zmiany. Jednak pomimo ich powszechności, długie okresy wtórne przez dziesięciolecia pozostawały niewyjaśnione. Czy wahania te są nieodłączną cechą starzejącej się gwiazdy? Czy też są one wywołane przez jakieś czynniki zewnętrzne?
Nowe badania, przeprowadzone przez zespół naukowców pod kierownictwem prof. dr. hab. Igora Soszyńskiego z Uniwersytetu Warszawskiego, wykorzystały obserwacje w podczerwieni do zidentyfikowania prawdopodobnego winowajcy: spowitych pyłem gwiezdnym towarzyszy.
Prof. Soszyński i jego współpracownicy zebrali obserwacje optyczne próbki 16 000 znanych gwiazd zmiennych długookresowych w Drodze Mlecznej i pobliskich Obłokach Magellana. Dla około 700 z tych gwiazd autorzy uzyskali odpowiadające im krzywe blasku w dwóch pasmach podczerwonych z misji NEOWISE-R.
Przy porównaniu optycznych i podczerwonych obserwacji tych zmiennych natychmiast była widoczna uderzająca cecha: tam, gdzie krzywe blasku w świetle widzialnym miały pojedyncze szerokie minima, podczerwone krzywe blasku około połowy gwiazd miały również wtórne minima, które wydawały się być dokładnie poza fazą z pierwotnym minimum.
Co to oznacza? Prof. Soszyński i współpracownicy twierdzą, że te wtórne minima potwierdzają, że długookresowa zmienność jest spowodowana zaćmieniami przez towarzysza.
W wyjaśnieniu autorów, planeta znajdująca się w pobliżu gromadzi masę z rozszerzającej się otoczki swojego czerwonego olbrzyma, ostatecznie rosnąc do rozmiarów brązowego karła. Gdy ten podgwiezdny towarzysz – spowity w przypominający kometę, rozciągnięty obłok pyłu – przechodzi pomiędzy nami a czerwonym olbrzymem, obserwujemy długotrwałe zaćmienia w świetle widzialnym i podczerwonym gwiazdy. Kiedy obłok i towarzysz przechodzą za gwiazdą, ich emisja przede wszystkim w podczerwieni, na krótko znika, powodując wtórne zaćmienie obserwowane tylko w podczerwieni.
Rozwiązanie trwającej od dziesięcioleci zagadki zmienności długiego okresu wtórnego u czerwonych olbrzymów otwiera drzwi do nowych odkryć. Dzięki badaniu kształtu zaćmień w krzywych blasku gwiazd zmiennych możemy dowiedzieć się znacznie więcej o tym, jak gwiazdy takie jak Słońce ewoluują wraz ze swoimi planetami.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
