Taniec z gwiazdami: 200-letnia historia układu Kastora
Astronomowie badają orbity układu sześciokrotnego – złożonego układu sześciu gwiazd na orbitach wokół siebie – aby zmierzyć masy poszczególnych gwiazd. Aby to zrobić, zespół wykorzystał dane z prawie 200 lat!
Wizja artystyczna sześciokrotnego układu Kastor. Źródło: Pablo Carlos Budass.
Gwiezdne sale balowe: laboratoria do ważenia gwiazd
Gwiazdy wielokrotne – układy podwójne, potrójne, a nawet składające się z czterech, pięciu czy nawet sześciu składników – mogą nas wiele nauczyć. Mierząc orbity gwiazd i stosując prawa Keplera, astronomowie mogą wyznaczyć masy gwiazd (oraz innych ciał, takich jak planety czy czarne dziury). Są to niezwykle ważne pomiary, ponieważ inne pomiary gwiazd (planet i innych ciał) mogą być użyte tylko do wnioskowania o masie obiektu poprzez przyjęcie założenia na podstawie emitowanego przez niego światła. Wiele z naszego zrozumienia gwiazd zawdzięczamy właśnie tym „dynamicznym” pomiarom masy gwiazd podwójnych.
Układy wielokrotne są również interesujące same w sobie – to, jak orbitują i w jaki sposób, mówi astronomom wiele o tym, jak przebiega proces formowania się gwiazd oraz jakie są jego prawdopodobne i mało prawdopodobne rezultaty.
Kastor: sześć gwiazd
Kastor jest drugą najjaśniejszą gwiazdą w konstelacji Bliźniąt, obok Polluksa. Wraz z pojawieniem się teleskopów, astronomowie w XVIII i XIX wieku odkryli, że Kastor jest w rzeczywistości układem podwójnym – Kastor A i B. Następnie okazało się, że jest układem potrójnym, gdy odkryto gwiazdę YY Geminorum (Kastor C), która krąży wokół Kastor A i B. Kłopoty zaczęły się naprawdę piętrzyć, gdy w 1896 roku Kastor B został zmierzony dwukrotnie za pomocą spektrografu. Pomiary wykonano w odstępie czterech dni. Prędkość radialna gwiazdy zmieniła się dramatycznie między dwiema obserwacjami, a dalsze pomiary wykazały, że gwiazda była układem spektroskopowo podwójnym. Późniejsze obserwacje Kastora A i Kastora C dowiodły, że są one również układami podwójnymi spektroskopowo! Jedna gwiazda stała się sześcioma gwiazdami, a wszystkie tańczą wokół siebie.
Ruch Kastor AB był rejestrowany od XVIII wieku, więc dzisiejsi astronomowie mieli wiele danych archiwalnych, z którymi mogli pracować, dopasowując orbitę do swoich danych. Ale nie poprzestali na archiwum, ponieważ chcieli w pełni scharakteryzować orbity tego układu. Modelowanie nawet układów potrójnych gwiazd może być skomplikowane, ponieważ należy uwzględnić wkład innych gwiazd w ruch danej gwiazdy. Pełne rozwiązanie orbitalne nie może być wyznaczone tylko na podstawie pomiarów prędkości radialnych, ponieważ prędkości te mówią tylko o ruchu gwiazd w kierunku do lub od obserwatora. Gwiazdy spektroskopowo podwójne są jednak tak blisko siebie, że nawet największe teleskopy z potężną optyką adaptacyjną nie są w stanie ich rozdzielić. Bez pomiaru ruchu na niebie, ich orbity i tym samym ich rzeczywiste masy pozostawały nieznane.
Interferometria na ratunek
Autorzy pracy opublikowanej 13 grudnia 2022 roku wykonali nowe obserwacje Kastora A i B, korzystając z macierzy CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy), interferometru optycznego o długiej linii bazowej znajdującego się na Mount Wilson w Kalifornii. Dzięki zdolności rozdzielczej interferometrii autorzy byli w stanie bezpośrednio zmierzyć pozycję każdej spektroskopowej pary w czasie, po raz pierwszy mapując każdą orbitę we wszystkich trzech wymiarach. W połączeniu z archiwalną astrometrią i pomiarami prędkości radialnej, autorzy byli w stanie dopasować każdą ścieżkę orbitalną i wyznaczyć masy dynamiczne dla wszystkich składników układu.
Autorzy określili masy gwiazd z dokładnością do 1%, co pozwoliło im w pełni scharakteryzować gwiazdy i wywnioskować ich wiek (kolejny niezwykle trudny pomiar). Odkryli, że orbity par podwójnych wokół siebie nie były wyrównane, ale mimo to uważają, że cały układ jest dynamicznie stabilny. Pomiary te umożliwią przyszłe badania dynamicznej stabilności układu z jeszcze większą szczegółowością i pomogą nam zrozumieć, jaki może być ostateczny los tych rzadkich układów sześciokrotnych.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
