Zespół naukowców z Uniwersytetu w Tybindze wykorzystał gromadę otwartą M37 jako laboratorium pozaziemskie do badania ewolucji gwiazd oraz mierzenia utraty masy.
Gwiazdy, takie jak nasze Słońce, zakończą swoje życie jako białe karły. Niektóre z tych gwiazd są otoczone mgławicą planetarną, która składa się z gazu wyrzuconego przez umierającą gwiazdę tuż przed jej śmiercią. Międzynarodowy zespół badawczy pod kierownictwem Klausa Wernera z Instytutu Astronomii i Astrofizyki Uniwersytetu w Tybindze przeprowadził pierwsze badania gwiazdy centralnej mgławicy planetarnej, która znajduje się w gromadzie otwartej gwiazd. Naukowcy byli w stanie precyzyjnie określić masę, jaką gwiazda centralna utraciła w trakcie swojego życia. Wyniki tych badań zostały opublikowane w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.
W Drodze Mlecznej znajduje się ponad tysiąc gromad otwartych, z których każda obejmuje zbiór od kilku do kilku tysięcy gwiazd. Te gwiazdy powstały jednocześnie z gęstego obłoku gazu i pyłu. Klaus Werner powiedział, że wszystkie gwiazdy w gromadzie mają ten sam wiek, co ma szczególne znaczenie dla astrofizyki. Różnią się one jedynie masą. Wyjaśnił również, że im gwiazda jest bardziej masywna, tym szybciej zużywa swoje paliwo jądrowe poprzez syntezę wodoru w hel. W rezultacie jej życie jest krótsze, a przekształcenie się w białego karła następuje szybciej.
Migawka rozwoju nieba
Obserwacje gromady gwiazd pozwalają nam zobaczyć rozwój gwiazd o różnych masach w tym samym wieku, jakby to była migawka – powiedział Werner. W astronomii, gromady gwiazd pełnią rolę swoistego laboratorium, w którym możemy zbadać, jak dokładne są nasze teorie dotyczące ewolucji gwiazd – dodał. Jednym z największych zagadnień w teorii ewolucji gwiazd jest ilość materii, którą gwiazda traci w trakcie swojego życia, zauważył Werner, podkreślając, że utrata masy jest znacząca. Gwiazdy, takie jak nasze Słońce, tracą nieco mniej niż połowę swojej masy przed przemianą w białego karła. Gwiazdy o masie ośmiokrotnie większej od masy Słońca tracą około 80% swojej masy – wyjaśnił astrofizyk. Związek między masą urodzeniową gwiazdy, a jej masą w momencie przemiany w białego karła jest znany w astronomii jako relacja masy początkowej do masy końcowej.
Werner zauważył, że masa białych karłów w gromadach gwiazd może być bezpośrednio powiązana z masą, jaką miały one w momencie narodzin. Dane dotyczące bardzo młodych białych karłów są szczególnie wartościowe, ponieważ są to centralne gwiazdy mgławic planetarnych – wyjaśnił. Obecnie wiadomo, że tylko trzy gromady gwiazd zawierają mgławice planetarne. Żadna z tych gwiazd centralnych nie została wcześniej zbadana, ponieważ wszystkie są bardzo odległe i słabe – dodał Werner.
Specjalny skład chemiczny
Zespół badawczy skierował swój wzrok w kierunku centralnej gwiazdy w gromadzie Messier 37 przy użyciu jednego z największych teleskopów na świecie, czyli 10-metrowego teleskopu GranTeCan na kanaryjskiej wyspie La Palma. Przeprowadzono analizę widma gwiazdy i ustalono, że jej masa wynosi 0,85 masy Słońca, co sugeruje, że pierwotnie miała masę równą 2,8 masy Słońca. To oznacza, że gwiazda utraciła 70% swojej masy w trakcie swojego życia – wyjaśnił Werner. Kolejnym interesującym odkryciem jest niezwykły skład chemiczny tej gwiazdy. Na jej powierzchni brak już wodoru. Werner wyjaśnił, że wskazuje to na nietypowe wydarzenie, które miało miejsce niedawno – krótki wybuch syntezy jądrowej.
Możliwość precyzyjnego określenia relacji między masą początkową, a końcową ma istotne znaczenie w dziedzinie astrofizyki, jak zaznaczył Werner. To właśnie ta relacja decyduje o dalszej ewolucji gwiazdy, czy przekształci się ona w białego karła, stanie się gwiazdą neutronową w wyniku eksplozji supernowej, a nawet czy w końcowym etapie może przekształcić się w czarną dziurę. Jednak, jak zauważa Werner, nowe generacje gwiazd powstają z materii wyrzuconej przez poprzednie gwiazdy, która jest wzbogacona w ciężkie pierwiastki jako produkty reakcji jądrowych. To właśnie od tego procesu zależy chemiczna ewolucja galaktyk – a ostatecznie całego Wszechświata.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Central star in a planetary nebula reveals details of its life
- The unusual planetary nebula nucleus in the Galactic open cluster M37 and six further hot white dwarf candidates
Źródło: University of Tübingen
Na ilustracji: Obraz mgławicy planetarnej w gromadzie otwartej M37. Gromada zawiera kilkaset mgławic. Mgławica w kształcie motyla jest widoczna dzięki świecącemu na czerwono gazowi wodorowemu. Źródło: K. Werner i inni
