Potężne fale pływowe rozbijają się o kolosalną gwiazdę
Pierwsza w swoim rodzaju gwiazda typu „heartbeat stars” z pulsującymi zmianami jasności i załamującymi się falami powierzchniowymi stanowi unikalne źródło informacji na temat ewolucji masywnych układów podwójnych gwiazd.
Wizja artystyczna układu, w którym mniejsza gwiazda wywołuje fale powierzchniowe w masywniejszym towarzyszu. Źródło: Melissa Weiss, CfA
Układ gwiezdny zaintrygował badaczy, ponieważ jest to najbardziej dramatyczna „gwiazda pulsująca w rytmie serca” (ang. heartbeat stars), w historii. Nowe modele ujawniły, że na tej gwieździe tytaniczne fale generowane przez pływy wielokrotnie rozbijają się, co jest obserwowane po raz pierwszy w przypadku takiego układu gwiazdowego.
Gwiazdy pulsujące w rytmie serca to gwiazdy znajdujące się w bliskich parach, które okresowo zmieniają jasność, podobnie jak rytm bijącego serca w aparacie EKG. Te gwiazdy krążą wokół siebie po wydłużonych, owalnych orbitach. Podczas gdy zbliżają się do siebie, grawitacja między gwiazdami generuje pływy, podobnie jak Księżyc wywołuje pływy oceaniczne na Ziemi. Pływy te powodują rozciągnięcie i zniekształcenie kształtu gwiazd, co prowadzi do zmiany ilości światła, które dociera do nas, gdy ich szerokie lub wąskie strony naprzemiennie są skierowane w stronę Ziemi.
Nowe badania wyjaśniają, dlaczego fluktuacje jasności w jednym z wyjątkowo ekstremalnych układów gwiazd typu „heartbeat” są około 200 razy większe niż w przypadku typowych gwiazd pulsujących w rytmie serca. Przyczyną tego są olbrzymie fale, które przetaczają się przez większą gwiazdę, wywoływane przez zbliżanie się jej mniejszego towarzysza. Badania wykazały, że te fale pływowe osiągają tak ogromne wysokości i prędkości, że załamują się podobnie jak fale oceaniczne, rozbijając się o powierzchnię większej gwiazdy.
Nazwany przez astronomów układem gwiazd pulsujących w rytmie serca, ten układ oferuje bezprecedensowy wgląd w interakcję między masywnymi gwiazdami.
Każde zderzenie wysokich fal pływowych gwiazdy uwalnia wystarczającą ilość energii, aby rozbić całą naszą planetę kilkaset razy – powiedział doktor habilitowany w dziedzinie astrofizyki teoretycznej w Centrum Astrofizyki | Harvard & Smithsonian (CfA) i autor nowego badania opublikowanego w Nature Astronomy, opisującego odkrycia. To są naprawdę duże fale.
A jednak, według profesora Abrahama (Avi) Loeba, doradcy MacLeod, dyrektora Instytutu Teorii i Obliczeń w CfA oraz drugiego autora artykułu: Załamujące się fale w gwiazdach są tak piękne, jak te na plażach naszych oceanów.
Gwiazdy pulsujące w rytmie bijącego serca zostały po raz pierwszy zaobserwowane, gdy Kosmiczny Teleskop Keplera, który poszukiwał egzoplanet, wykrył ich charakterystyczne, zazwyczaj delikatne fluktuacje jasności.
Ekstremalna gwiazda pulsująca w rytmie bijącego serca nie jest jednak subtelna. Gwiazda większa w tym układzie ma masę prawie 35 razy większą od Słońca, a wraz z mniejszą towarzyszącą gwiazdą została oficjalnie oznaczona jako MACHO 80.7443.1718. Ta nazwa nie jest związana z gwiezdną siłą, ale jest wynikiem pierwszego zarejestrowania zmian jasności tego układu przez projekt MACHO w latach 90., który zajmował się poszukiwaniem ciemnej materii w naszej Galaktyce.
Większość gwiazd pulsujących w rytmie bijącego serca różni się jasnością tylko o około 0,1%, jednak MACHO 80.7443.1718 przyciągnęła uwagę astronomów ze względu na swoje niezwykle dramatyczne fluktuacje jasności, które wynoszą aż 20%. Nie znamy żadnej innej gwiazdy, która wykazywałaby tak gwałtowne zmiany jasności – powiedział MacLeod.
Aby rozwiązać tę zagadkę, MacLeod stworzył komputerowy model MACHO 80.7443.1718, który uwzględniał oddziaływanie grawitacyjne między dwiema gwiazdami. Jego model uchwycił sposób, w jaki ta grawitacja generuje olbrzymie fale pływowe w większej gwieździe. Te fale pływowe sięgają około ⅕ promienia tej gigantycznej gwiazdy, co odpowiada wysokości około 4,3 miliona kilometrów.
Symulacje wykazują, że masywne fale zaczynają pojawiać się jako gładkie i zorganizowane, podobnie jak fale oceaniczne, a następnie zwijają się i rozbijają. Jak plażowicze wiedzą, potężnie rozbijające się fale oceaniczne uwalniają morską mgłę i tworzą bąbelki, zostawiając wielki spieniony bałagan tam, gdzie wcześniej była spokojna fala – powiedział MacLeod.
Model MacLeoda pokazuje, że ogromna energia, która uwalnia się podczas rozbijania się fal MACHO 80.7443.1718, ma dwa efekty. Po pierwsze, powoduje coraz szybsze obracanie się powierzchni gwiazdy, a po drugie, wyrzuca gaz gwiazdowy na zewnątrz, tworząc obracającą się i świecącą atmosferę gwiazdową.
Mniej więcej raz w miesiącu obie gwiazdy mijają się, a przez powierzchnię pulsującej gwiazdy przetacza się nowa fala. To wzburzenie spowodowało, że duża gwiazda MACHO 80.7443.1718 wybrzuszyła się na równiku o około 50% więcej niż na biegunach. Z każdą kolejną falą, większa ilość materii jest wyrzucana na zewnątrz, podobnie jak wirujące ciasto na pizzy wyrzucające kawałki sera i sosu – powiedział MacLeod. Astronom zauważył, że charakterystyczna poświata atmosfery była kluczowym wskazaniem, że fale rozbijają się na powierzchni gwiazdy.
Choć MACHO 80.7443.1718 to niezwykły układ, jest mało prawdopodobne, że jest on jedyny w swoim rodzaju. Spośród prawie 1000 odkrytych do tej pory gwiazd pulsujących w rytmie bijącego serca, około 20 z nich wykazuje duże wahania jasności podobne do tych w układzie symulowanym przez MacLeoda i Loeba. Ta gwiazda pulsująca w rytmie bijącego serca może być pierwszym z rosnącej klasy obiektów astronomicznych – powiedział MacLeod. Już planujemy poszukiwanie kolejnych gwiazd tego typu, aby znaleźć świecące atmosfery odrzucone przez ich załamujące się fale.
MacLeod powiedział, że biorąc to wszystko pod uwagę, mamy szczęście, że udało nam się uchwycić gwiazdę w tej fazie: Obserwujemy krótki i transformujący moment w długim życiu gwiazdy. Obserwując kolosalne fale toczące się po powierzchni gwiazdy, astronomowie mają nadzieję zrozumieć, w jaki sposób bliskie interakcje kształtują ewolucję par gwiazd.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
