Międzynarodowy zespół astronomów odkrył układ podwójny z białym karłem. Na tego ostatniego spływa materia z jego gwiezdnego towarzysza, a w rezultacie powstaje dysk akrecyjny.
Gwiazda typu biały karzeł może eksplodować jako supernowa, gdy jej masa przekroczy granicę około 1,4 masy Słońca. Zespół naukowców znalazł układ podwójny gwiazd, w którym materia przepływa na białego karła z jego gwiezdnego towarzysza. Układ ten został odkryty dzięki jasnemu, tzw. miękkiemu promieniowaniu rentgenowskiemu, które powstaje w wyniku syntezy jądrowej gazu rozlanego w pobliżu powierzchni białego karła. Takich układów znamy jednak sporo. Niezwykłe w tym konkretnym jest natomiast, że to hel, a nie wodór, przelewa się tu i pali. Zmierzona jasność sugeruje, że masa białego karła rośnie wolniej niż wcześniej sądzono, co może pomóc w zrozumieniu obserwowanej liczby supernowych wywołanych przez eksplodujące białe karły.
Eksplodujące białe karły nie tylko są uważane za główne źródło żelaza we Wszechświecie; stanowią również ważny punkt odniesienia w kosmologii. Jako świece standardowe, czyli tzw. supernowe typu Ia (SN Ia), wszystkie stają się niemal jednakowo jasne, co pozwala astrofizykom na precyzyjne wyznaczenie odległości do ich galaktyk macierzystych. Jednak nawet po wielu latach intensywnych badań wciąż nie wiemy, w jakich okolicznościach masa białego karła może wzrosnąć do tzw. granicy Chandrasekhara. Jest to teoretyczna górna granica masy białego karła, wprowadzona w 1930 roku przez hindusko-amerykańskiego astrofizyka i laureata Nagrody Nobla, Subrahmanyana Chandrasekhara.
Na początku lat 90. źródła miękkiego promieniowania X ze stabilnym spalaniem wodoru na powierzchniach zostały uznane za nową klasę obiektów w Kosmosie. Przez pewien czas były one uważane za potencjalnych kandydatów na progenitory supernowych typu Ia. Problemem z tymi źródłami była jednak obfitość obecnego w nich wodoru, podczas gdy supernowe typu Ia nie wykazują śladu wodoru.
Przez ponad 30 lat przewidywano istnienie układów podwójnych gwiazd, w których biały karzeł akreuje i spala stabilnie hel na swojej powierzchni, ale takie źródła nigdy dotąd nie zostały zaobserwowane. Międzynarodowy zespół naukowców znalazł teraz źródło promieniowania X, którego widmo optyczne jest całkowicie zdominowane przez hel.
Miękkie źródło promieniowania X [HP99] 159 jest znane od lat 90., kiedy to po raz pierwszy zostało zaobserwowane za pomocą teleskopu ROSAT (Röntgensatellit), a później za pomocą instrumentu XMM-Newton, a także teleskopu eROSITA – powiedział Jochen Greiner, który kieruje badaniami tego obiektu. Teraz udało nam się zidentyfikować je jako źródło optyczne, leżące w Wielkim Obłoku Magellana. W jego widmie znaleźliśmy głównie linie emisyjne helu pochodzące z dysku akrecyjnego.
Nie rozwiązuje to jednak problemu progenitorów supernowych Ia: modele teoretyczne przewidują, że około 2–5% materii helowej gwiazdy towarzyszącej jest wynoszone w Kosmos przez wybuch tego typu supernowej, a następnie kierowane do jej dalszego otoczenia. Jednak taka ilość helu nie została znaleziona w przypadku większości obserwowanych dotąd supernowych Ia. Istnieje jednak podklasa supernowych o nieco mniejszej jasności, tak zwane supernowe typu Iax (SN Iax), w których przypadku wybuch jest słabszy, a zatem towarzyszy mu wyrzucenie mniejszych ilości helu.
Odkryty układ [HP99] 159 mógłby (zgodnie z naszą obecną wiedzą) skończyć jako wybuch SN Iax, ponieważ pomiary wskazują, że ciągłe spalanie helu w białych karłach jest możliwe nawet przy tempie akrecji niższym niż przewidywane przez teorię. Zmierzona jasność [HP99] 159 jest około dziesięciokrotnie mniejsza niż oczekiwano, podczas gdy zmierzona temperatura promieniowania X jest tu dokładnie w zakresie przewidywanym dla procesu stabilnego spalania helu. Co więcej, obserwowana jasność promieniowania X sugeruje, że spalanie napływającego helu na białym karle jest stabilizowane przez jego szybką rotację, co sprawia, że prawdopodobna jest ostateczna eksplozja supernowej w tym układzie. Ponieważ poprzednie pomiary wskazują jednak, że jego jasność pozostaje taka sama od około 50 lat, prawdopodobny wydaje się tu szeroki zakres tempa akrecji prowadzącej ostatecznie do eksplozji.
Gwiazdy bez otoczek wodorowych, takie jak gwiazda towarzysząca w układzie [HP99] 159, są ważnym etapem pośrednim w cyklu życia gwiazd podwójnych, który powinien występować w około 30% takich układów – podsumowuje Julia Bodensteiner z Europejskiego Obseratorium Astronomicznego (European Space Observatory – ESO), badaczka masywnych gwiazd. Takich gwiazd powinno być wiele, ale do tej pory zaobserwowano tylko kilka. Zespół liczy teraz na znalezienie dziesiątek podobnych źródeł w obu Obłokach Magellana za pomocą teleskopu eROSITA. To powinno pozwolić na dalsze ograniczenie warunków na możliwe progenitory supernowych typu Ia.
Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie „Nature”. Współautorem artykułu jest prof. Andrzej Udalski z Obserwatorium Astronomicznego UW.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Helium-burning white dwarf discovered
- A helium-burning white dwarf binary as a supersoft X-ray source
- Publikacja w „Nature” o unikalnym układzie podwójnym gwiazd
Źródło: Uniwersytet w Bonn
Na ilustracji: Wizja artystyczna źródła miękkiego promieniowania rentgenowskiego: dysk akrecyjny wokół białego karła zbudowany głównie z helu. Źródło: Ilustracja: F. Bodensteiner/tło zdjęcia ESO
