Odkryto pierwszych kandydatów na układ podwójny białego karła w gromadzie otwartej
Astronomowie z Uniwersytetu Toronto odkryli pierwszych kandydatów na układy podwójne biały karzeł – gwiazda ciągu głównego w gromadach otwartych.
 |
| Zdjęcie z teleskopu ALMA pokazujące układ gwiazd HD101584 i złożone chmury gazu otaczające układ podwójny. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Olofsson i inni. Podziękowania: Robert Cumming |
Zespół astronomów, kierowany przez Steffani Grondin, absolwentkę Wydziału Astronomii i Astrofizyki Davida A. Dunlapa, odkrył pierwszą populację kandydatów na gwiazdy podwójne typu biały karzeł – gwiazda ciągu głównego w gromadach otwartych.
Odkrycie to pomoże powiązać początkowe i końcowe stany układów podwójnych gwiazd, co z kolei pomoże w opracowaniu modeli powstawania gwiazd, ewolucji chemicznej naszej Galaktyki, w jaki sposób powstała większość pierwiastków z układu okresowego. Było to możliwe dzięki wykorzystaniu uczenia maszynowego do analizy danych z trzech głównych źródeł: misji Gaia – teleskopu kosmicznego, który zbadał ponad miliard gwiazd w naszej Galaktyce – wraz z obserwacjami z przeglądów 2MASS i PanSTARRS1. Ten połączony zestaw danych umożliwił zespołowi poszukiwanie nowych układów podwójnych w gromadach o charakterystyce przypominającej znane pary biały karzeł – gwiazda ciągu głównego.
Większość gwiazd istnieje w układach podwójnych – parach gwiazd, które krążą wokół wspólnego środka masy. W rzeczywistości prawie połowa wszystkich gwiazd podobnych do naszego Słońca ma co najmniej jedną gwiazdę towarzyszącą. Gwiazdy te zazwyczaj różnią się wielkością, przy czym jedna z nich jest często masywniejsza od drugiej. Chociaż można by pokusić się o założenie, że gwiazdy te ewoluują w tym samym tempie, bardziej masywne gwiazdy mają tendencję do krótszego życia i przechodzenia przez etapy ewolucji gwiazdowej znacznie szybciej niż ich towarzysze o niższej masie.
Główny etap ewolucji gwiazdy nazywany jest fazą ciągu głównego. Jest to moment, w którym wodór jest przekształcany w hel w jądrze gwiazdy. Nasze Słońce jest obecnie gwiazdą ciągu głównego, podobnie jak około 90% gwiazd we Wszechświecie.
Gdy gwiazda dobiega końca swojego życia, rozszerza się do setek lub tysięcy razy swojego pierwotnego rozmiaru, wchodząc w fazę czerwonego olbrzyma lub asymptotycznej gałęzi olbrzymów. W bliskich układach podwójnych, ta ekspansja może być tak dramatyczna, że zewnętrzne warstwy umierającej gwiazdy pochłaniają jej towarzyszkę. Astronomowie nazywają to fazą wspólnej otoczki, gdyż obie gwiazdy są owinięte tym samym materiałem.
Ta faza wspólnej otoczki i sposób, w jaki gwiazdy wirują razem w krytycznym okresie, pozostaje jedną z największych tajemnic astrofizyki. Naukowcy wciąż starają się w pełni zrozumieć, w jaki sposób ta interakcja wpływa na późniejszą ewolucję gwiazd.
Na szczęście nowe badania mogą dostarczyć potencjalnego rozwiązania zagadki. W tych badaniach pozostałości gwiazdowe są zwartymi obiektami zwanymi białymi karłami. Znalezienie tych układów po fazie wspólnej otoczki, które zawierają zarówno „martwą” pozostałość gwiazdową, jak i „żywą” gwiazdę, stanowi zatem unikalny sposób na zbadanie tej ekstremalnej fazy ewolucji gwiazd.
Gwiazdy podwójne odgrywają ogromną rolę w naszym Wszechświecie – powiedziała Grondin. Ta próbka obserwacyjna stanowi kluczowy pierwszy krok w kierunku umożliwienia nam prześledzenie pełnego cyklu życia układów podwójnych i miejmy nadzieję, że pozwoli nam ograniczyć najbardziej tajemniczą fazę ewolucji gwiazd.
Pomimo tego, że tego typu układy podwójne powinny być bardzo powszechne, ich znalezienie bywa trudne, a tylko dwie kandydatki zostały potwierdzone w gromadach przed tymi badaniami. Badania te mogą potencjalnie zwiększyć tę liczbę do 52 układów podwójnych w 38 gromadach gwiazd. Ponieważ uważa się, że wszystkie gwiazdy w tych gromadach uformowały się w tym samym czasie, znalezienie takich układów podwójnych w gromadzie otwartej pozwala astronomom na określenie wieku układów i prześledzenie ich pełnej ewolucji od warunków sprzed fazy wspólnej otoczki do obserwowanych układów podwójnych w fazie po wspólnej otoczce.
Wykorzystanie uczenia maszynowego pomogło nam zidentyfikować wyraźne sygnatury dla tych unikalnych układów, które bylibyśmy w stanie łatwo zidentyfikować za pomocą zaledwie kilku punktów danych – powiedział Joshua Speagle, adiunkt astrostatystyki. Pozwoliło nam to również zautomatyzować wyszukiwanie w setkach gromad, co byłoby niemożliwe, gdybyśmy próbowali zidentyfikować te układy ręcznie.
To naprawdę pokazuje, jak wiele w naszym Wszechświecie ukrywa się na widoku – wciąż czekając na odkrycie – dodała Maria Drout, profesor nadzwyczajny na Wydziale Astronomii i Astrofizyki im. Davida A. Dunlapa oraz członek wydziału pomocniczego w Instytucie Dunlapa. Chociaż istnieje wiele przykładów tego typu układów podwójnych, bardzo niewiele z nich ma ograniczenia wiekowe niezbędne do pełnego zmapowania ich historii ewolucyjnej. Chociaż pozostało jeszcze wiele pracy, aby potwierdzić i w pełni scharakteryzować te układy, wyniki te będą miały wpływ na wiele dziedzin astrofizyki.
Układy podwójne zawierające zwarte obiekty są również prekursorami pewnego rodzaju ekstremalnej eksplozji gwiazdowej zwanej supernową typu Ia i rodzaju fuzji, która powoduje fale grawitacyjne, czyli zmarszczki w czasoprzestrzeni, które mogą być wykryte przez instrumenty takie jak Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Ponieważ zespół wykorzystuje dane z teleskopów Gemini, Keck i Magellan, aby potwierdzić i zmierzyć właściwości tych układów podwójnych, katalog ten ostatecznie rzuci światło na wiele nieuchwytnych zjawisk przejściowych w naszym Wszechświecie.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
