Przejdź do treści

Kosmiczny „pająk” źródłem potężnych promieni gamma

Wizja artystyczna ewoluującego układu podwójnego białego karła i pulsara milisekundowego.

Badany przez teleskop SOAR układ podwójny biały karzeł-pulsar milisekundowy, jest pierwszym, który został odkryty na przedostatnim etapie swojej ewolucji.

Korzystając z 4,1-metrowego teleskopu SOAR w Chile, astronomowie odkryli pierwszy przykład układu podwójnego, gdzie gwiazda będąca w trakcie procesu przemiany w białego karła krążyła wokół gwiazdy neutronowej, która właśnie zakończyła przemianę w szybko wirującego pulsara. Para ta, pierwotnie wykryta przez Kosmiczny Teleskop Fermiego, jest „brakującym ogniwem” w ewolucji takich układów podwójnych.

Odkryto, że jasnym, tajemniczym źródłem promieniowania gamma jest szybko wirująca gwiazda neutronowa, zwana pulsarem milisekundowym, który krąży wokół gwiazdy będącej w trakcie ewolucji w białego karła o bardzo niskiej masie. Tego typu układy podwójne są określane przez astronomów mianem „pająków”, ponieważ pulsar ma tendencję do „zjadania” zewnętrznych części gwiazdy towarzyszącej, gdy ta przekształca się w białego karła.

Teleskop Fermiego, od czasu uruchomienia w 2008 roku, kataloguje obiekty we Wszechświecie, które produkują duże ilości promieniowania gamma, jednak nie wszystkie wykryte źródła tego promieniowania zostały sklasyfikowane. Jedno z takich źródeł, nazwane 4FGL J1120.0-2204, było drugim najjaśniejszym źródłem promieniowania gamma na całym niebie, które do tej pory pozostawało niezidentyfikowane.

Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał spektrograf Goodmana zainstalowany na teleskopie SOAR, aby określić prawdziwą tożsamość 4FGL J1120.0-2204. Źródło promieniowania gamma, które emituje również promieniowanie rentgenowskie, zaobserwowane przez kosmiczne teleskopy Swift i XMM-Newton, okazało się być układem podwójnym składającym się z pulsara milisekundowego, który obraca się setki razy na sekundę, oraz prekursora białego karła o ekstremalnie niskiej masie. Para znajduje się w odległości ponad 2600 lat świetlnych od nas.

Widmo optyczne układu podwójnego zmierzone przez spektrograf Goodmana wykazało, że światło pochodzące od towarzysza jest przesunięte dopplerowsko – na przemian ku czerwieni i błękitowi – co wskazuje, że krąży on wokół zwartej, masywnej gwiazdy neutronowej co 15 godzin.

Widma pozwoliły nam również określić przybliżoną temperaturę i ciężar powierzchniowy towarzysza – mówi Samuel Swihart z Laboratorium Badawczego Marynarki Wojennej USA w Waszyngtonie, którego zespół był w stanie wykorzystać te właściwości i zastosować je w modelach opisujących ewolucję układów podwójnych gwiazd. Pozwoliło im to ustalić, że towarzysz jest prekursorem białego karła o bardzo niskiej masie, z temperaturą powierzchni 8200oC i masą zaledwie 17% masy Słońca.

Kiedy gwiazda o masie podobnej do Słońca lub mniejszej osiągnie koniec swojego życia, zabraknie jej wodoru wykorzystywanego do napędzania syntezy jądrowej. Przez pewien czas hel przejmuje kontrolę i zasila gwiazdę, powodując jej kurczenie się i rozgrzewanie, co z kolei prowadzi do jej ekspansji i ewolucji w czerwonego olbrzyma o rozmiarach setek milionów kilometrów. W końcu zewnętrzne warstwy tej spuchniętej gwiazdy mogą zostać zakumulowane na jej towarzyszu, a synteza jądrowa zostaje zatrzymana, pozostawiając po sobie białego karła o rozmiarach Ziemi, skwierczącego w temperaturze przekraczającej 100 000oC.

Proto-biały karzeł w układzie 4FGL J1120.0-2204 nie zakończył jeszcze ewolucji. Obecnie jest rozdęty i ma około pięć razy większy promień niż normalne białe karły o podobnych masach – mówi Swihart. Będzie kontynuował ochładzanie i kurczenie się, i za około dwa miliardy lat będzie wyglądał identycznie, jak wiele innych białych karłów o ekstremalnie niskiej masie, które już znamy.

Pulsary milisekundowe wirują setki razy na sekundę. Są one rozkręcane przez akrecję materii od towarzysza, w tym przypadku od gwiazdy, która stała się białym karłem. Większość pulsarów milisekundowych emituje promieniowanie gamma i rentgenowskie, często wtedy, gdy wiatr pulsara, który jest strumieniem naładowanych cząstek emitowanych z wirującej gwiazdy neutronowej, zderza się z materią emitowaną z gwiazdy towarzyszącej.

Znanych jest około 80 białych karłów o ekstremalnie niskiej masie, ale jest to pierwszy prekursor białego karła o ekstremalnej masie, który prawdopodobnie krąży wokół gwiazdy neutronowej – mówi Swihart. W związku z tym, 4FGL J1120.0-2204 umożliwia unikalne spojrzenie na koniec tego procesu rozkręcania. Wszystkie inne odkryte układy podwójne białego karła i pulsara już dawno przekroczyły fazę rozkręcania się.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej informacji:

Źródło: NOIRLab

Na ilustracji: Wizja artystyczna ewoluującego układu podwójnego białego karła i pulsara milisekundowego. Źródło: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine. Podziękowania: M. Zamani (NSF's NOIRLab).

Reklama