Odkryto białego karła spalającego hel

Międzynarodowy zespół astronomów odkrył układ podwójny z białym karłem, na którego spływa materia z jego gwiezdnego towarzysza, tworząc dysk akrecyjny.

Wizja artystyczna źródła miękkiego promieniowania rentgenowskiego: dysk akrecyjny wokół białego karła zbudowany głównie z helu.
Źródło: Ilustracja: F. Bodensteiner/tło zdjęcia ESO

Gwiazda typu biały karzeł może eksplodować jako supernowa, gdy jej masa przekroczy granicę około 1,4 masy Słońca. Zespół naukowców znalazł układ podwójny gwiazd, w którym materia z białego karła przepływa z jego gwiezdnego towarzysza. Układ ten został odkryty dzięki jasnemu, tzw. miękkiemu promieniowaniu rentgenowskiemu, które powstaje w wyniku syntezy jądrowej rozlanego gazu w pobliżu powierzchni białego karła. Niezwykłe w tym źródle jest to, że hel, a nie wodór, przelewa się i pali. Zmierzona jasność sugeruje, że masa białego karła rośnie wolniej niż wcześniej sądzono, co może pomóc w zrozumieniu liczby supernowych wywołanych przez eksplodujące białe karły. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Nature. Współautorem artykułu jest prof. Andrzej Udalski z Obserwatorium Astronomicznego UW.

Eksplodujące białe karły są nie tylko uważane za główne źródło żelaza we Wszechświecie, ale stanowią również ważne narzędzie dla kosmologii: jako tzw. supernowe typu Ia (SN Ia), wszystkie stają się niemal jednakowo jasne, co pozwala astrofizykom na precyzyjne wyznaczenie odległości ich galaktyk macierzystych. Jednak nawet po wielu latach intensywnych badań nadal nie wiadomo, w jakich okolicznościach masa białego karła może wzrosnąć do tzw. granicy Chandrasekhara. Jest to teoretyczna górna granica masy białego karła, wprowadzona w 1930 roku przez hindusko-amerykańskiego astrofizyka i laureata Nagrody Nobla Subrahmanyana Chandrasekhara.

Na początku lat 90. źródła miękkiego promieniowania X ze stabilnym spalaniem wodoru na ich powierzchniach zostały ustanowione jako nowa klasa obiektów za pomocą ROSAT, i przez pewien czas były one uważane za potencjalnych kandydatów na progenitorów SN Ia. Problemem z tymi źródłami jest jednak ich obfitość wodoru: supernowe typu Ia nie wykazują żadnych śladów wodoru.

Przez ponad 30 lat przewidywano układy podwójne gwiazd, w których biały karzeł akreuje i spala stabilnie hel na swojej powierzchni, ale takie źródła nigdy nie zostały zaobserwowane. Międzynarodowy zespół naukowców znalazł teraz źródło promieniowania X, którego widmo optyczne jest całkowicie zdominowane przez hel. Miękkie źródło promieniowania X [HP99] 159 jest znane od lat 90-tych, kiedy to po raz pierwszy zostało zaobserwowane za pomocą ROSAT, ostatnio za pomocą XMM-Newton, a teraz za pomocą eROSITA – powiedział Jochen Greiner, który kieruje analizą tego źródła w MPE. Teraz udało nam się zidentyfikować je jako źródło optyczne w Wielkim Obłoku Magellana. W jego widmie znaleźliśmy głównie linie emisyjne helu pochodzące z dysku akrecyjnego.

Nie rozwiązuje to jednak problemu progenitorów SN Ia: modele teoretyczne przewidują, że około 2-5% materii helowej gwiazdy towarzyszącej zostaje wyniesione przez wybuch SN Ia i wyrzucone do otoczenia. Jednak taka ilość helu nie została znaleziona w większości obserwowanych do tej pory supernowych typu Ia. Istnieje jednak podklasa o mniejszej jasności, supernowych typu Iax (SN Iax), w której wybuch jest słabszy, a zatem mniej helu zostaje wyrzucone.

Odkryty układ [HP99] 159 mógłby, zgodnie z obecną wiedzą skończyć jako SN Iax, ponieważ pomiary tutaj wskazują, że ciągłe spalanie helu w białych karłach jest możliwe nawet przy niższych tempach akrecji niż teoretycznie przewidywane. Zmierzona jasność [HP99] 159 jest około dziesięciokrotnie mniejsza niż oczekiwano przy współczynniku kanonicznym, podczas gdy zmierzona temperatura promieniowania X jest dokładnie w oczekiwanym zakresie dla stabilnego spalania helu. Obserwowana jasność promieniowania X sugeruje, że spalanie napływającego helu w białym karle jest stabilizowane przez jego szybką rotację, co sprawia, że prawdopodobna jest ostateczna eksplozja supernowej w układzie – powiedział prof. dr Norbert Langer z Argelander Institute for Astronomy. Ponieważ poprzednie pomiary wskazują, że jasność pozostaje taka sama od około 50 lat, możliwy powinien być szeroki zakres tempa akrecji prowadzącej do eksplozji.

Gwiazdy bez otoczek wodorowych, takie jak gwiazda towarzysząca znaleziona w układzie [HP99] 159, są ważnym etapem pośrednim w cyklu życia gwiazd podwójnych, który powinien wystąpić w około 30% takich układów – powiedziała Julia Bodensteiner z ESO, która bada masywne gwiazdy. Takich gwiazd powinno być wiele; ale do tej pory zaobserwowano tylko kilka. Zespół ma teraz nadzieję znaleźć dziesiątki podobnych źródeł w obu Obłokach Magellana za pomocą eROSITA. To powinno pozwolić im na dalsze ograniczenie warunków dla progenitorów SN Ia.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Łączenie się galaktyk rzuca światło na model ewolucji galaktyk

Astronomowie ujawniają nowe cechy galaktycznych czarnych dziur

Odkryto podwójnego kwazara we wczesnym Wszechświecie