Większość gwiazd i innych obiektów we Wszechświecie występuje w parach. Międzynarodowy zespół naukowców odkrył 21 gwiazd neutronowych w parach z gwiazdami podobnymi do Słońca.
Większość gwiazd w naszym Wszechświecie występuje w parach. Choć nasze Słońce jest samotnikiem, wiele gwiazd podobnych do niego krąży wokół tego innych typu gwiazd. Także inne egzotyczne pary wypełniają kosmos – np. czarne dziury często krążą jedna wokół drugiej. Natomiast rzadką parą jest gwiazda podobna do Słońca i rodzaj martwej gwiazdy zwanej gwiazdą neutronową.
Teraz astronomowie pod kierownictwem Kareema El-Badry’ego z Caltechu odkryli 21 gwiazd neutronowych krążących w układach podwójnych z gwiazdami podobnymi do naszego Słońca. Gwiazdy neutronowe to gęste, wypalone jądra masywnych gwiazd, które eksplodowały. Same w sobie są niezwykle słabe i zwykle nie można ich bezpośrednio wykryć. Są cięższe od gwiazd podobnych do Słońca, ale w opisywanych układach oba obiekty orbitują wokół wspólnego środka masy. Gdy gwiazdy neutronowe krążą po orbicie, ciągną za sobą gwiazdy podobne do Słońca, powodując, że ich towarzysze przesuwają się tam i z powrotem po niebie. Korzystając z danych pozyskanych w ramach misji Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), astronomowie byli w stanie uchwycić te charakterystyczne wahania, aby odkryć nową populację ciemnych gwiazd neutronowych.
Gaia nieustannie skanuje niebo i mierzy wahania ponad miliarda gwiazd, więc szanse na znalezienie nawet bardzo rzadkich obiektów są duże – powiedział El-Badry, adiunkt astronomii w Caltechu i w Instytucie Maxa Plancka.
Nowe badania zostały opublikowane w „The Open Journal of Astrophysics”. Dane z kilku naziemnych teleskopów zostały wykorzystane do kontynuowania obserwacji projektu Gaia i dowiedzenia się więcej o masach i orbitach ukrytych gwiazd neutronowych.
Chociaż gwiazdy neutronowe były już wcześniej wykrywane na orbitach wokół gwiazd takich jak nasze Słońce, wszystkie takie układy były bardziej zwarte. Przy niewielkiej odległości dzielącej oba ciała gwiazda neutronowa (która jest cięższa niż gwiazda podobna do Słońca) może „kraść” masę partnerowi. Proces transferu masy sprawia, że gwiazda neutronowa świeci jasno na falach rentgenowskich lub radiowych. Natomiast gwiazdy neutronowe w tych obserwacjach znajdują się znacznie dalej od swych partnerów – w odległości do trzech razy większej niż odległość między Ziemią a Słońcem.
Oznacza to, że nowo odkryte „gwiezdne zwłoki” znajdują się zbyt daleko od swoich partnerów, aby kraść od nich materię. Zamiast tego są spokojne i ciemne. To pierwsze gwiazdy neutronowe odkryte wyłącznie dzięki efektom grawitacyjnym – powiedział El-Badry.
To zaskakujące odkrycie, ponieważ nie jest jasne, w jaki sposób eksplodująca gwiazda znalazła się obok gwiazdy takiej jak nasze Słońce.
Wciąż nie mamy kompletnego modelu formowania się tych układów podwójnych – wyjaśnił El-Badry. Zasadniczo protogwiazda gwiazdy neutronowej powinna urosnąć do ogromnych rozmiarów i wejść w interakcję z gwiazdą typu słonecznego podczas późnego etapu jej ewolucji. Ogromna gwiazda „potrąciłaby” mniejszą, prawdopodobnie tymczasowo ją pochłaniając. Później przodek gwiazdy neutronowej eksplodowałby jako supernowa, która, zgodnie z modelami, powinna rozdzielić układy podwójne, wysyłając gwiazdy neutronowe i gwiazdy podobne do Słońca w przeciwnych kierunkach. Odkrycie tych nowych układów pokazuje, że przynajmniej niektóre układy podwójne przetrwały te kataklizmiczne procesy, mimo że modele nie potrafią jeszcze w pełni wyjaśnić, w jaki sposób – powiedział El-Badry.
Gaia była w stanie znaleźć mało prawdopodobnych towarzyszy ze względu na ich szerokie orbity i długie okresy (gwiazdy podobne do Słońca krążą wokół gwiazd neutronowych z okresami od sześciu miesięcy do trzech lat). Jeżeli ciała niebieskie są zbyt blisko siebie, wahanie będzie zbyt małe, by je wykryć – powiedział El-Badry. Dzięki projektowi Gaia może dostrzec także szersze orbity. Gaia lepiej widzi również układy podwójne, które znajdują się w odległości do 3000 lat świetlnych od Ziemi, co jest stosunkowo niewielką odległością w porównaniu na przykład do 100 tysięcy lat świetlnych średnicy Drogi Mlecznej.
Nowe obserwacje sugerują również, jak rzadkie są takie pary. Szacujemy, że około jedna na milion gwiazd typu słonecznego krąży wokół gwiazdy neutronowej na szerokiej orbicie – powiedział El-Badry.
Badacz ten interesuje się również poszukiwaniem niewidocznych, uśpionych czarnych dziur na orbitach gwiazd podobnych do Słońca. Korzystając z danych z projektu Gaia, znalazł dwie z tych „cichych” czarnych dziur ukrytych w naszej Galaktyce. Jedna z nich, zwana Gaia BH1, jest najbliższą znaną czarną dziurą – znajduje się w odległości ok. 1600 lat świetlnych od Ziemi.
Nie wiemy też na pewno, w jaki sposób powstały te układy podwójne czarnych dziur – powiedział El-Badry. Istnieją wyraźne luki w naszych modelach ewolucji gwiazd podwójnych. Znalezienie większej liczby tych ciemnych towarzyszek i porównanie statystyk ich populacji z przewidywaniami różnych modeli pomoże nam zrozumieć, w jaki sposób się formują.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Sun-Like Stars Found Orbiting Hidden Companions
- A population of neutron star candidates in wide orbits from Gaia astrometry
Źródło: Caltech
Na ilustracji: Ta ilustracja przedstawia układ podwójny gwiazd składający się z gęstej gwiazdy neutronowej i normalnej gwiazdy podobnej do Słońca (u góry po lewej). Źródło: Caltech/R. Hurt (IPAC)
