Uniwersyteccy astronomowie odkryli nowy mechanizm powstawania gwiazd pulsujących

Międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez prof. Grzegorza Pietrzyńskiego z Obserwatorium Astronomicznego UW ogłosił na łamach prestiżowego tygodnika naukowego „Nature” zaskakujące wyniki analizy unikalnego układu podwójnego gwiazd, znajdującego się w pobliżu centrum Drogi Mlecznej.

Układ ten, o katalogowej nazwie OGLE-BLG-RRLYR-02792, składa się z dużej czerwonej gwiazdy (czerwonego olbrzyma) oraz gwiazdy okresowo zmieniającej rozmiary (pulsującej) w sposób charakterystyczny dla dobrze znanej grupy gwiazd zmiennych, zwanych przez astronomów gwiazdami typu RR Lutni.

Gwiazdy RR Lutni to dla współczesnej astrofizyki obiekty ogromnie ważne, bowiem powszechnie uznaje się je za wzorce odległości i wieku. Choć znane są od ponad stu lat, to nadal kryją wiele tajemnic i pozostają przedmiotem intensywnych badań. Obserwacje gwiazd podwójnych zaćmieniowych (tj. zakrywających się nawzajem w wyniku ruchu wokół wspólnego środka masy) pozwalają niezwykle precyzyjnie ważyć i mierzyć gwiazdy, dlatego odkrycie przez prof. Igora Soszyńskiego obiektu OGLE-BLG-RRLYR-02792 stworzyło niepowtarzalną okazję, do dokładnego zbadania gwiazdy typu RR Lutni. W układzie tym, oprócz zmian jasności pochodzących od pulsacji gwiazd typu RR Lutni, zarejestrowano również zaćmienia. Warto zaznaczyć, że było to kolejne odkrycie niezmiernie rzadko występującego obiektu dokonane w oparciu o unikatowe dane, zgromadzone w ramach polskiego projektu OGLE, kierowanego przez prof. Andrzeja Udalskiego.

Mimo że na niebie obserwujemy dziesiątki tysięcy gwiazd typu RR Lutni (z których większość została odkryta przez zespół OGLE), to wciąż nie udało się znaleźć ani jednego podwójnego układu zaćmieniowego zawierającego tego typu gwiazdę.

– Wydawało się nam, że układ OGLE-BLG-RRLYR-02792 będzie pierwszym takim przypadkiem, który umożliwi pomiar masy gwiazdy typu RR Lutni, dzięki czemu będzie można przetestować naszą wiedzę o tych wskaźnikach odległości – mówi prof. Soszyński, odkrywca układu OGLE-BLG-RRLYR-02792.

W ramach projektu Araukaria, za pomocą największych i najnowocześniejszych teleskopów na świecie (VLT, Magellan), wykonano dodatkowe obserwacje układu OGLE-BLG-RRLYR-02792. Obserwacje te, w połączeniu z pomiarami jasności wykonanymi przez zespół OGLE, doprowadziły do wyznaczenia parametrów fizycznych tego wyjątkowego systemu.

– Rezultaty okazały się niezwykle zaskakujące – okazało się, że masa gwiazdy pulsującej wynosi zaledwie ćwierć masy Słońca! – mówi prof. Grzegorz Pietrzyński, lider zespołu i pierwszy autor pracy. – Wynik ten kompletnie zaprzecza naszej dotychczasowej wiedzy o gwiazdach typu RR Lutni. Powszechnie uważano, że ich masa powinna być około dwa razy większa. To odkrycie zmienia nasze myślenie o procesach fizycznych rządzących ewolucją gwiazd – dodaje astronom.

Zagadkę zbyt małej masy gwiazdy OGLE-BLG-RRLYR-02792 udało się rozwiązać przy użyciu modeli ewolucyjnych obliczonych przez prof. Kazimierza Stępnia, również z Obserwatorium Astronomicznego UW. – Modele przewidują, że w czasie ewolucji gwiazdy wchodzące w skład systemu podwójnego znajdowały się tak blisko siebie, że mogła nastąpić pomiędzy nimi wymiana masy – komentuje prof. Stępień.

W wyniku tego zjawiska gwiazda początkowo większa straciła warstwy zewnętrzne, a jej rozgrzane jądro wykonuje obecnie pulsacje, doskonale imitując klasyczną gwiazdę typu RR Lutni. – Sto lat po odkryciu pierwszych gwiazd typu RR Lutni odkryliśmy, że istnieje zupełnie nowy nieznany dotychczas mechanizm tworzenia się gwiazd pulsujących, które zachowują się w identyczny sposób, jak klasyczne gwiazdy RR Lutni, lecz mają zupełnie inne pochodzenie i własności fizyczne – konkluduje prof. Pietrzyński.

Odkryty mechanizm tworzenia bardzo specyficznych gwiazd może pomóc zrozumieć kilka bardzo ważnych problemów współczesnej astrofizyki, związanych z występowaniem anomalnych gwiazd, liczebnością białych karłów oraz tzw. nadwyżką ultrafioletową obserwowaną w starych galaktykach eliptycznych.

Istnienie większej liczby gwiazd pulsujących, analogicznych do tej w układzie OGLE-BLG-RRLYR-02792, mogłoby stanowić potencjalne źródło błędów przy wyznaczaniu odległości we Wszechświecie za pomocą gwiazd typu RR Lutni, gdyż są one od nich obserwacyjnie nierozróżnialne. Z uwagi na to, że emitują mniej promieniowania, wyznaczane za ich pomocą odległości mogłyby być zafałszowane. Jednak oszacowanie liczebności występowania takich gwiazd wskazuje, że jest ich mało, więc nie powinny znacząco zakłócać wyznaczeń odległości opartych na większych próbkach klasycznych gwiazd typu RR Lutni.

– Układ OGLE-BLG-RRLYR-02792 został zarejestrowany w bardzo krótkotrwałej fazie ewolucji gwiazdowej. Już niedługo – to znaczy za kilkadziesiąt tysięcy lat – pulsacje składnika zanikną. Ogólnie prawdopodobieństwo detekcji większej liczby tego typu obiektów jest niewielkie i tylko dzięki obserwacji setek milionów gwiazd w projekcie OGLE, możemy wyłapywać takie unikalne przypadki – dodaje prof. Andrzej Udalski lider projektu OGLE.

W zespole analizującym układ OGLE-BLG-RRLYR-02792 znalazło się jeszcze czterech astronomów z Polski: dr Dariusz Graczyk pracujący obecnie w zespole projektu Araucaria na Uniwersytecie w Concepcion w Chile oraz dr Bogumil Pilecki, mgr Piotr Konorski i mgr Marek Górski z Obserwatorium Astronomicznego UW.

Projekt Araucaria prowadzony we współpracy z astronomami z Chile, USA i Włoch ma na celu ustalenie precyzyjnej skali odległości we Wszechświecie. W ostatnich latach zasłynął dokładnymi wyznaczeniami odległości do pobliskich galaktyk, w tym wzorca odległości we Wszechświecie – do Wielkiego Obłoku Magellana. Lider zespołu, prof. Grzegorz Pietrzyński wyróżniony został ostatnio prestiżowym grantem naukowym w programie TEAM Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej oraz w programie IDEAS Plus finansowanym przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, przeznaczonymi na dalszy rozwój badań i zespołu badawczego.

Prowadzony w Obserwatorium Las Campanas w Chile projekt OGLE to jeden z największych przeglądów nieba na świecie. Projekt od dwudziestu lat prowadzony jest przez polskich astronomów z Obserwatorium Astronomicznego UW i ma na swym koncie regularne, głośne w skali światowej odkrycia w wielu najważniejszych dziedzinach współczesnej astrofizyki. Projekt OGLE jest współfinansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego i Europejską Radę ds. Badań Naukowych (ERC, program IDEAS Advanced Grants dla prof. Andrzeja Udalskiego).

Czytaj artykuł w „Nature”