Gwiazdy większość swojego życia spędzają na ciągu głównym, gdzie łączą wodór z helem w swoich jądrach. Po wypaleniu całego wodoru w jądrze, gwiazda opuszcza ciąg główny i przechodzi kilka późniejszych etapów ewolucji. Podczas gdy masywne gwiazdy o masie powyżej 8 Słońc umierają i stają się gwiazdami neutronowymi lub czarnymi dziurami, większość gwiazd we Wszechświecie traci swoje zewnętrzne warstwy i staje się mgławicami planetarnymi. W centrach tych obiektów znajdują się jądra martwych obecnie gwiazd, zwane białymi karłami.
Białe karły są interesujące z kilku powodów. Pozwalają nam uzyskać informacje na temat późniejszych stadiów ewolucji gwiazd, poznać szczegóły dotyczące populacji gwiezdnych, a nawet uzyskać wgląd we właściwości egzotycznej materii. Istnieje określona klasa białych karłów, która jest szczególnie intrygująca, znana jako białe karły o ekstremalnie niskiej masie, których masy są mniejsze niż 0,3 masy Słońca. Bazując na naszym obecnym rozumieniu ewolucji gwiazd, pojedyncza gwiazda nie jest w stanie stworzyć tak słabego białego karła. Dlatego obiekty te muszą tracić znaczną część swojej masy w miarę starzenia się. Jeden ze sposobów jest taki, że współtowarzysze kradną od nich masę. Te obiekty są rzadkie (znanych jest mniej niż 100) i mają tendencję do życia w układach podwójnych.
Chociaż jego gwiazda macierzysta nie żyje, nie oznacza to, że biały karzeł nie ma już w sobie życia. Ponieważ są to jądra starych gwiazd, są one niezwykle gorące i emitują znaczne ilości wysokoenergetycznego promieniowania UV. Z czasem pojedynczy biały karzeł po prostu ostygnie i zniknie, ale jeżeli ma partnera, może emitować fale grawitacyjne, gdy obiekty krążą wokół siebie lub nawet eksplodować, gdy stanie się zbyt masywny.
W wyniku nieoczekiwanych obserwacji 2MASS J050051.85–093054.9 (w skrócie J0500−0930) potwierdzono, że jest on rzadkim małomasywnym białym karłem. Korzystając z satelity Gaia, który mierzy odległości do gwiazd metodą paralaksy, autorzy stwierdzili, że J0500−0930 jest najbliższym małomasywnym białym karłem, znajdującym się w odległości zaledwie 71 parseków od Ziemi. Na szczęście J0500−0930 znalazł się w jednym z sektorów obserwacyjnych satelity TESS, który wykonuje fotometrię w 30-minutowych odstępach.
Biorąc widma J0500−0930 w różnych momentach, autorzy pracy zmierzyli prędkość białego karła, wykorzystując efekt Dopplera. Wykreślając prędkość obiektu w czasie, stworzyli tzw. krzywą prędkości radialnej. Autorzy ponownie obliczyli moc widma i byli w stanie dopasować się do okresu orbitalnego, co jest zgodne z tym obliczonym na podstawie krzywej blasku TESS.
W końcu autorzy chcą oszacować ważne parametry białego karła i jego atmosfery, takie jak temperatura oraz grawitacja powierzchni. Robią to na dwa sposoby, dopasowując zarówno widma, jak i rozkład energii widmowej białego karła. Łącząc pomiary temperatury i lokalizację w przestrzeni J0500−0930 z amplitudą krzywej prędkości radialnej, autorzy byli w stanie oszacować jego masę na 0,17 masy Słońca, ze słabym towarzyszem o masie ~ 0,3 masy Słońca. Można zauważyć, że w porównaniu z innymi małomasywnymi białymi karłami, J0500−0930 należy do małomasywnych białych karłów o najniższej masie.
Układy podwójne białych karłów, oprócz analizy ewolucji gwiazd, stanowią wyjątkową okazję do badania fizyki. Gdy dwa białe karły krążą wokół siebie, wywołują niewielkie zmarszczki w czasoprzestrzeni i powoli tracą energię w wyniku promieniowania grawitacyjnego. W przyszłości LISA znajdzie wiele takich układów w Galaktyce. Dostarczy nam to cennych informacji na temat populacji gwiazd, transferu masy i zwartych układów podwójnych.
Ponadto wiadomo, że supernowe typu Ia powstają w wyniku eksplozji białych karłów. Uważa się, że takie zdarzenie może się wytworzyć na dwa sposoby. Pierwszy to taki, w którym biały karzeł nabiera masy od towarzysza (najczęściej normalnej gwiazdy). Drugi – i prawdopodobnie bardziej powszechny scenariusz – to połączenie się dwóch białych karłów. Supernowe typu Ia są kluczowe dla naszego zrozumienia ewolucji Wszechświata, ponieważ są one tzw. świecami standardowymi. Dlatego bardzo ważne jest, abyśmy nadal doskonalili naszą wiedzę na temat tego, jak one faktycznie powstają.
Niestety, J0500−0930 i towarzyszący mu biały karzeł będą emitować jedynie słabe fale grawitacyjne, poniżej granicy wykrywalności LISA. Nie połączą się także w ciągu najbliższych 30 mld lat (znacznie powyżej obecnego wieku Wszechświata), a nawet wtedy mogą nie być wystarczająco masywne, aby stworzyć supernową. Jednak w celu interpretacji wyników misji takich jak LISA oraz dalszego ograniczania mechanizmów napędzających supernowe typu Ia ważne jest, aby mieć podobne układy, na których można dokonywać szczegółowych i precyzyjnych pomiarów. Musimy zatem zaprzyjaźnić się z naszymi sąsiadami, takimi jak J0500−0930, z których można uzyskać tak cenne informacje.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej:
Getting to Know Your Friendly Neighborhood Extremely Low-Mass White Dwarf
The closest extremely low-mass white dwarf to the Sun
Źródło: Astrobites
Na ilustracji: Wizja artystyczna układu podwójnego małomasywnego białego karła. Źródło: Melissa Weiss.
