Jak układy potrójne ewoluują w układy kataklizmiczne
Nowe odkrycia wskazują, że niektóre wybuchowe układy gwiazdowe mogą powstawać przy udziale trzeciej gwiazdy.
 |
| Ta grafika przedstawia układ potrójny gwiazd, w którym dwie z nich są uwięzione na ciasnej orbicie grawitacyjnej. Jasna gwiazda na pierwszym planie po prawej stronie to biały karzeł, który kradnie masę swojemu gwiezdnemu towarzyszowi. Z czasem, ten przyrost masy na białym karle wywoła okresowe eksplozje. Razem te dwie gwiazdy tworzą obiekt zwany gwiazdą zmienną kataklizmiczną. Źródło: Caltech/R. Hurt (IPAC) |
Kiedy białe karły – gorące pozostałości gwiazd takich jak nasze Słońce – krążą blisko innej gwiazdy, czasami kradną masę swojemu towarzyszowi. Skradziona materia gromadzi się na powierzchni białego karła, wywołując erupcje zwane gwiazdami nowymi.
Teoretycy od dawna przewidywali, w jaki sposób tworzą się te niestabilne partnerstwa, zwane gwiazdami zmiennymi kataklizmicznymi (ang. CV), ale teraz nowe badania przeprowadzone przez Caltech ujawniają zaskakujący zwrot akcji: w niektórych przypadkach trzecia gwiazda, krążąca dalej od głównej pary, może w rzeczywistości być przyczyną połączenia się tej pary gwiazd.
Nasze wyniki ujawniają kolejny kanał powstawania zmiennych kataklizmicznych – powiedział Kareem El-Badry, adiunkt astronomii w Caltech i współautor nowego artykułu opublikowanego w Publications of the Astronomical Society of the Pacific. Czasami kluczowa jest czająca się trzecia gwiazda – dodał. Głównym autorem badań jest Cheyanne Shariat, student studiów podyplomowych na Caltech.
Do tej pory naukowcy uważali, że gwiazdy typu CV powstają w procesie zwanym ewolucją wspólnej otoczki, w którym gwiazdy partnerskie zbliżają się do siebie za pośrednictwem otoczki gazowej, która je otacza. Starzejąca się gwiazda, która ma stać się białym karłem, rozszerza się do czerwonego olbrzyma, który obejmuje obie gwiazdy, tworząc wspólną otoczkę. Otoczka oplata obie gwiazdy, powodując ich spiralny ruch do wewnątrz. Ostatecznie otoczka zostaje odrzucona, pozostawiając ciasną parę, która zbliżyła się na tyle, że biały karzeł może przejąć masę swojego towarzysza.
Chociaż w tych opisach nie wspomniano o trzeciej gwieździe, zespół zastanawiał się, czy może ona mieć w tym udział. W końcu, jak rozumowali, dynamika potrójnej gwiazdy odgrywa rolę w innych typach układów gwiazdowych.
Aby zbadać tę sprawę dokładniej, naukowcy sięgnęli po dane z misji Gaia, która została już zakończona. Przeanalizowali te obserwacje i zidentyfikowali 50 układów kataklizmicznych w hierarchicznych układach potrójnych gwiazd. Układ potrójny to taki, w którym dwie gwiazdy znajdują się dość blisko siebie, a trzecia jest znacznie dalej i krąży wokół głównej pary. Wyniki sugerują, że co najmniej 10% wszystkich znanych układów CV należy do układów potrójnych.
Ta wartość 10% była wyższa niż oczekiwano, gdyby gwiazdy potrójne nie odgrywały żadnej roli w powstawaniu CV, dlatego naukowcy postanowili dowiedzieć się więcej, przeprowadzając symulacje komputerowe. Przeprowadzili tak zwane symulacje trzech ciał na 2000 hipotetycznych gwiazdach potrójnych; symulacje te przyspieszyły oddziaływania grawitacyjne trójki gwiazd, wpływając na ich ewolucję w czasie.
W 20% symulacji gwiazd potrójnych, zmienne kataklizmiczne powstały bez tradycyjnego mechanizmu ewolucji wspólnej otoczki. W takich przypadkach, jak twierdzą naukowcy, trzecia gwiazda nadała moment obrotowy głównemu układowi podwójnemu.
Grawitacja trzeciej gwiazdy powoduje, że gwiazdy podwójne mają super ekscentryczną orbitę, co zmusza gwiazdę towarzyszącą do zbliżenia się do białego karła. Siły pływowe rozpraszają energię, kurczą i nadają orbicie kształt kołowy – powiedział Shariat. Gwiazda nie musi spiralnie przechodzić przez wspólną otoczkę.
W 60% symulacji układ potrójny gwiazd przyczynił się do zainicjowania procesu ewolucji wspólnej otoczki, zbliżając dwie gwiazdy główne do siebie na tyle, że zostały zamknięte w tej samej otoczce. W pozostałych 20% symulacji układy kataklizmiczne powstały poprzez tradycyjną drogę ewolucji wspólnej otoczki, która wymaga jedynie dwóch gwiazd.
Gdy naukowcy uwzględnili realistyczną populację gwiazd w naszej Galaktyce, w tym układy kataklizmiczne, o których wiadomo, że powstały z zaledwie dwóch gwiazd, ich modele teoretyczne przewidywały, że około 40% wszystkich układów CV powstanie w układach potrójnych. Jest to więcej niż 10% zaobserwowanych za pomocą Gaia, ponieważ w wielu przypadkach trzecia gwiazda może być trudna do zobaczenia lub oderwała się od układu kataklizmicznego.
Wreszcie, wyniki symulacji umożliwiły prognozowanie typów układów potrójnych gwiazd, które z większym prawdopodobieństwem tworzyłyby układy kataklizmiczne. Dokładniej, oczekiwano, że układy potrójne będą początkowo tworzyć szersze konfiguracje, tak aby ciasno powiązana para i trzecia gwiazda były oddalone od siebie o ponad 100 jednostek astronomicznych.
Analizując dane z sondy Gaia, naukowcy doszli do jednomyślności: układy potrójne ze zmiennymi kataklizmicznymi charakteryzowały się średnio większymi odstępami niż typowe układy.
Przez ostatnie 50 lat ludzie stosowali modele ewolucji okrążanie się po spirali we wspólnej otoczce do wyjaśnienia powstawania układów kataklizmicznych – powiedział El-Bardy. Nikt wcześniej nie zauważył, że dzieje się to głównie w układach potrójnych!
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Czytaj też:
