Sekret T Pyx

W fizyce, a zwłaszcza w astrofizyce, już dawno nauczyliśmy się pewnego szczególnego faktu: w każdym dobrze znanym zjawisku (nawet tym, które uważamy za całkiem dobrze poznane) istnieją pewne wartości odstające, pewne układy, pewne zjawiska w przyrodzie, które wydają się zaprzeczać, lub przynajmniej kwestionować nasze rozumienie tego procesu czy zjawiska.

Wizja artystyczna białego karła akreującego masę od swojego towarzysza, gwiazdy ciągu głównego. Źródło: NASA.

Artykuł opublikowany 14 maja 2022 roku opowiada o dziwnym układzie gwiazdowym, zwanym T Pyx. Tym, co czyni T Pyx tak wyjątkowym, są jego częste erupcje, które wydają się przeczyć większości tego, co wiemy o układach podwójnych.

Białe karły w układach wielokrotnych
T Pyx to układ składający się z co najmniej białego karła i tak zwanego „obiektu dawcy”. To czyni go co najmniej układem podwójnym, a wiemy, że jest to układ oddziałujący. W oddziałującym układzie podwójnym jedna lub obie gwiazdy składowe wypełniły lub przekroczyły swoją granicę Roche’a. Oznacza to, że materia z jednej gwiazdy (dawcy) przepływa na drugą i trafi do towarzysza.

Jednym z rodzajów układów podwójnych jest taki, w którym jedna z gwiazd opuściła już ciąg główny i przekształciła się w białego karła, podczas gdy drugi składnik nie zrzucił jeszcze swoich zewnętrznych warstw i nie stał się gwiezdnymi zwłokami. Jeżeli taki układ oddziałuje, biały karzeł akreuje masę od swojego towarzysza. Ta szybkość akrecji jest przeważnie zbyt mała, aby biały karzeł mógł osiągnąć stałe spalanie wodoru. Gdy ciśnienie w warstwie materii akrecyjnej, która nie jest zdegenerowana, osiągnie ciśnienie krytyczne, można się spodziewać, że biały karzeł będzie wykazywać powtarzające się wybuchowe spalanie wodoru (np. wybuchu nowej). W większości przypadków oczekuje się, że okres czasu pomiędzy dwiema erupcjami będzie dłuższy niż 10 000 lat, ponieważ wartość ta zależy od masy białego karła i tempa jego akrecji.

W przypadku bardzo masywnych białych karłów o szybkim tempie akrecji (np. dzięki masywnym gwiazdom towarzyszącym), okres między dwiema erupcjami może być krótszy niż 100 lat. Jednak w tym przypadku biały karzeł akreuje więcej masy pomiędzy dwoma wybuchowymi spalaniami wodoru niż jest wyrzucane podczas erupcji, a zatem jego masa rośnie. Dlatego te białe karły mogą osiągnąć granicę Chandrasekhara i stają się kandydatami do supernowych typu Ia.

Dla tak dużych szybkości akrecji sugerowane są długie okresy orbitalne, ponieważ pochodzą one z masywnej lub towarzyszącej gwiazdy, wyewoluowanej poza ciąg główny, co prowadzi do powstania szerokich układów podwójnych.

Dlatego, jak zauważają autorzy pracy, większość znanych układów z powtarzającymi się wybuchami gwiazd nowych ma okresy orbitalne dłuższe niż 12 godzin.

Ciekawy układ
W układzie T Pyx gwiazda macierzysta jest gwiazdą o niskiej masie – być może nawet obiektem podgwiazdowym – mniejszej niż 10% masy Słońca. Jednak biały karzeł w T Pyx wybucha mniej więcej co 30 lat, mimo że jego okres orbitalny wynosi zaledwie 1,8 godziny. Wiemy, że te erupcje to w rzeczywistości wybuchowe spalanie wodoru, a T Pyx ma niezwykle wysokie tempo akrecji. Jak to możliwe przy tak krótkim okresie orbitalnym? Obliczając spodziewany transfer masy dla tego układu, otrzymujemy wartość około 1000 razy za małą dla tak częstych wybuchów.

Jest jeszcze jeden
Autorzy pracy rozważają nowe możliwe wyjaśnienie: bardziej odległy trzeci towarzysz układu. Wiadomo, że wpływ grawitacyjny takiego trzeciego obiektu może mieć dramatyczne konsekwencje dla ewolucji bliskiego układu podwójnego. Dlatego pierwszym krokiem w tym kierunku jest sprawdzenie, czy T Pyx rzeczywiście może być układem potrójnym.

I oto, korzystając z danych z sondy kosmicznej Gaia, autorzy odkryli towarzysza o wspólnym ruchu właściwym. Wydaje się, że znajduje się on w odległości pół roku świetlnego od wewnętrznego układu podwójnego T Pyx, a jego ruch właściwy jest jedynym w tym sąsiedztwie zgodnym z ruchem T Pyx. Paralaksy obu obiektów są prawie identyczne, jak w katalogu Gaia. Zatem odległość od Ziemi do wewnętrznej gwiazdy podwójnej i tej kandydatki na trzeciego towarzysza T Pyx są prawie identyczne w granicach ich błędów i wynoszą około 2,9 kiloparseka.

Pomiary fotometryczne wykazują, że trzeci obiekt ma promień 2,25 promienia słonecznego, a jego umieszczenie na diagramie Hertzsprunga-Russella sugeruje, że jest to gwiazda typu podolbrzyma o masie 1,5 masy Słońca, który właśnie opuszcza ciąg główny i zmierza w kierunku gałęzi czerwonych olbrzymów. Ponieważ faza podolbrzyma trwa stosunkowo krótko, wiek tej gwiazdy, a tym samym całego układu, można oszacować na około 2,2 miliarda lat.

Po przedstawieniu przekonujących argumentów przemawiających za istnieniem odległego trzeciego towarzysza T Pyx i ustaleniu jego właściwości, autorzy pracy postanowili zastanowić się, czy taki trzeci obiekt byłby w stanie wyjaśnić osobliwe własności układu: przede wszystkim nienaturalnie wysokie tempo akrecji białego karła.

Układ potrójny z bliskim wewnętrznym układem podwójnym, w którym dwie gwiazdy krążą wokół siebie dość blisko, a trzecia gwiazda krąży wokół układu podwójnego w większej odległości, nazywane są hierarchicznymi układami potrójnymi.

Dynamika trzech ciał
Autorzy pokazują, że natura T Pyx jako układu potrójnego może powodować ekscentryczną orbitę wewnętrznego białego karła i jego gwiezdnego towarzysza. W przeciwieństwie do izolowanych gwiazd podwójnych, dla których ich orbity szybko się okrążają, w układach potrójnych, ze względu na odpowiednią dynamikę, mimośród orbity może ulegać ciągłym zmianom. Zatem transfer masy w przypadku tych bliskich układów podwójnych w układzie potrójnym jest w dużym stopniu zależny od fazy orbitalnej i może szybko ewoluować. To właśnie może tłumaczyć tak wysoki transfer masy, jaki obserwujemy w przypadku T Pyx. W zależności od stopnia ekscentryczności, gaz z gwiezdnego dawcy może zostać usunięty podczas największego zbliżenia i akreowany na białego karła; albo obydwa obiekty mogą się nawet zderzyć, prowadząc do znacznych zaburzeń gwiazdowych.

Wygląda na to, że zagadka często wybuchającego układu T Pyx została rozwiązana przynajmniej w rozsądnym stopniu. Co ciekawe, istnieje układ bliźniaczy, znany jako IM Nor, który wykazuje podobne anormalne cechy. Autorzy spekulują, że IM Nor może być w rzeczywistości również hierarchicznym układem potrójnym. Niestety, paralaksa dla tego układu w katalogu Gaia nie jest statystycznie istotna, gdyż ma bardzo duży margines błędu. Autorzy mają nadzieję, że może się to jeszcze zmienić wraz z kolejnymi publikacjami danych.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Dziwne fale radiowe wyłaniają się z kierunku centrum Galaktyki

Astronomowie potwierdzają istnienie kosmicznej super-pustki, która podważa nasze rozumienie ciemnej energii

Strumień Magellana nad Drogą Mleczną może być pięć razy bliżej niż wcześniej sądzono