Światło UV ujawnia dowody rzadkiej kolizji gwiazd
Astronomowie odkryli przekonujące dowody na to, że pobliski biały karzeł jest w rzeczywistości pozostałością po połączeniu dwóch gwiazd – to rzadkie odkrycie zostało ujawnione dzięki obserwacjom węgla w gorącej atmosferze gwiazdy w ultrafiolecie.
 |
| Ilustracja połączenia białego karła z podolbrzymem (rozmiary nie są w skali), które mogło mieć miejsce w przeszłości. Źródło: Snehalata Sahu/University of Warwick |
Białe karły to gęste jądra pozostające po wyczerpaniu paliwa i zapadnięciu się gwiazdy. Są to gwiazdy wielkości Ziemi, których masa wynosi zazwyczaj połowę masy Słońca, zbudowane z jąder węglowo-tlenowych z powierzchniowymi warstwami helu i wodoru. Chociaż białe karły są powszechne we Wszechświecie, te o wyjątkowo dużej masie (większej niż masa Słońca) są rzadkie i tajemnicze.
W artykule opublikowanym 6 sierpnia 2025 roku w czasopiśmie Nature Astronomy astronomowie z Uniwersytetu w Warwick przedstawiają wyniki swoich badań znanego białego karła o dużej masie, oddalonego o 130 lat świetlnych, o nazwie WD 0525+526. Jego masa jest o 20% większa od masy naszego Słońca i jest uważany za skrajnie masywny, a sposób jego powstania nie jest do końca poznany.
Taki biały karzeł mógł powstać w wyniku zapadnięcia się masywnej gwiazdy. Jednak dane ultrafioletowe z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a ujawniły, że WD 0525+526 ma niewielkie ilości węgla unoszące się z jądra do bogatej w wodór atmosfery – co sugeruje, że ten biały karzeł nie powstał z pojedynczej masywnej gwiazdy.
W świetle optycznym WD 0525+526 wygląda jak ciężki, ale poza tym zwyczajny biały karzeł – powiedziała główna autorka, dr Snehalata Sahu, pracownik naukowy Uniwersytetu w Warwick. Jednak dzięki obserwacjom w UV, przeprowadzonym za pomocą Hubble’a, udało nam się wykryć słabe sygnatury węglowe, niewidoczne dla teleskopów optycznych.
Znalezienie niewielkich ilości węgla w atmosferze to wyraźny sygnał, że ten masywny biały karzeł prawdopodobnie jest pozostałością po zderzeniu dwóch gwiazd. Wskazuje to również, że może istnieć wiele więcej podobnych pozostałości po zderzeniach, udających zwykłe białe karły z atmosferą złożoną wyłącznie z czystego wodoru. Tylko obserwacje w UV pozwolą nam je wykryć.
Zwykle wodór i hel tworzą grubą, przypominającą barierę otoczkę wokół jądra białego karła, ukrywając pierwiastki takie jak węgiel. Podczas połączenia dwóch gwiazd, warstwy wodoru i helu mogą ulec niemal całkowitemu wypaleniu. Powstała w ten sposób pojedyncza gwiazda ma bardzo cienką otoczkę, która nie zapobiega już dotarciu węgla do powierzchni – dokładnie tak jest w przypadku WD 0525+526.
Antoine Bédard, stypendysta Nagrody Warwick w grupie Astronomii i Astrofizyki na Uniwersytecie w Warwick i współautor pracy, powiedział: Zmierzyliśmy, że warstwy wodoru i helu są dziesięć miliardów razy cieńsze niż w typowych białych karłach. Uważamy, że warstwy te zostały zerwane podczas fuzji i to właśnie pozwala teraz na pojawienie się węgla na powierzchni.
Ale ta pozostałość jest również niezwykła: ma około 100 000 razy mniej węgla na powierzchni w porównaniu z innymi pozostałościami po fuzjach. Niski poziom węgla, w połączeniu z wysoką temperaturą gwiazdy (prawie cztery razy wyższą niż temperatura Słońca), wskazuje, że WD 0525+526 znajduje się na znacznie wcześniejszym etapie ewolucji po fuzji niż dotychczas odkryte obiekty. To odkrycie pomaga nam lepiej zrozumieć losy układów podwójnych gwiazd, co ma kluczowe znaczenie dla powiązanych zjawisk, takich jak wybuchy supernowych.
Zagadką jest, w jaki sposób węgiel w ogóle dociera do powierzchni tej znacznie gorętszej gwiazdy. Inne pozostałości po fuzjach są na późniejszym etapie ewolucji i wystarczająco chłodne, aby konwekcja mogła wynieść węgiel na powierzchnię. Jednak WD 0525+526 jest zdecydowanie za gorący, aby mógł zajść ten proces. Zamiast tego zespół zidentyfikował subtelniejszą formę mieszania, zwaną półkonwekcją, którą zaobserwowano tutaj po raz pierwszy w przypadku białego karła. Proces ten pozwala niewielkim ilościom węgla powoli unosić się w bogatej w wodór atmosferze gwiazdy.
Znalezienie wyraźnych dowodów na fuzje pojedynczych białych karłów jest rzadkością – dodał profesor Boris Gänsicke z Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Warwick, który uzyskał dane z Hubble’a na potrzeby tego badania. Jednak spektroskopia w UV daje nam możliwość wczesnego wykrycia tych oznak, kiedy węgiel jest jednocześnie niewidoczny w zakresie fal optycznych. Ponieważ atmosfera Ziemi blokuje promieniowanie UV, obserwacje te muszą być przeprowadzone z kosmosu, a obecnie tylko Hubble może to zrobić.
Teleskop Hubble’a właśnie skończył 35 lat i choć nadal jest w świetnej formie, bardzo ważne jest, abyśmy zaczęli planować budowę nowego teleskopu kosmicznego, który ostatecznie go zastąpi.
W miarę ewolucji i stygnięcia WD 0525+526 oczekuje się, że z czasem na jego powierzchni pojawi się więcej węgla. Na razie jego światło UV oferuje rzadki wgląd w najwcześniejszy etap następstw połączenia gwiazd – i stanowi nowy punkt odniesienia dla sposobu, w jaki gwiazdy podwójne kończą swoje życie.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Czytaj też:
