Wykorzystując teleskop Shane’a w Obserwatorium Lick'a w Kaliforni (USA) astronomowie zaobserwowali nowy typ gwiazd podwójnych o dość egzotycznie brzmiącej nazwie „przed-ekstremalnie małomasywne białe karły” (ang. pre-ELM WD – skrót od: pre-Extremely Low Mass White Dwarfs). Istnienie takich obiektów zostało przewidziane teoretycznie już około 50 lat temu, ale jeszcze nikt ich nie zaobserwował. To odkrycie jest pierwszym obserwacyjnym dowodem istnienia nowej populacji przejściowych układów podwójnych.
Nowy rodzaj gwiazdy
Gdy gwiazda umiera, to z prawdopodobieństwem 97% stanie się białym karłem - małym, gęstym obiektem, który skurczył się i bardzo stracił na jasności po wypaleniu paliwa jądrowego.
Jednak w rzadkich przypadkach może stać się białym karłem o ekstremalnie małej masie. Astronomowie oznaczają takie białe karły skrótem ELM (j.ang.: Extremely Low Mass). Obserwacje wskazują na istnienie białych karłów o masie mniejszej od 1/3 masy Słońca - co stanowi zagwozdkę dla teorii ewolucji tych obiektów. Teoretycznie białe karły o tak małych masach powinny powstać w trakcie ewolucji gwiazdy w czasie dłuższym od wieku Wszechświata, czyli 13,8 miliarda lat. Więc jest to fizycznie niemożliwe.
Na przestrzeni lat astronomowie doszli do wniosku, że jedyną ścieżką prowadzącą do powstania białych karłów typu ELM jest ewolucja w układzie podwójnym. Oddziaływanie grawitacyjne gwiezdnego towarzysza może „szybko” (przynajmniej w czasie krótszym od 13,8 miliardów lat) pozbawić gwiazdę masy, aż stanie się ELM.
Ale dowody obserwacyjne potwierdzające tą hipotezę nie były pewne. Owszem, astronomowie obserwowali jak białe karły akreują materię z normalnych gwiazd podobnych do naszego Słońca w układach podwójnych, które są nazywane układami kataklizmicznymi. Również znane były układy podwójne zawierające normalne i ekstremalnie małomasywne białe karły (ELM). Jednak jeszcze nie zaobserwowano przejściowej fazy ewolucyjnej - transformacji, gdy gwiazda utraciła większość swojej masy i już prawie uległa kontrakcji do stadium ekstremalnie małomasywnego białego karła.
Brakujące ogniwo ewolucyjne
Główny autor publikacji Kareem El-Badry porównuje astronomię gwiazd do zoologii w XIX wieku.
Wchodzisz do dżungli i znajdujesz jakiś organizm. Opisujesz jaki jest wielki, ile waży i następnie to samo robisz z kolejnym organizmem – wyjaśnia – widzisz wszystkie te różne typy obiektów i potrzebujesz poskładać to w całość.
Podobnie w 2020 roku K. El-Badry zdecydował się wrócić do „dżungli” w poszukiwaniu gwiazdy, która wymyka się naukowcom – obiektu w fazie przed-ekstremalnie małomasywnego białego karła (j.ang.: pre-ELM white dwarf), określanego również pojęciem zaawansowanej ewolucyjnie zmiennej kataklizmicznej (j.ang.: evolved cataclysmic variable)
K. El-Badry zawęził listę z 1 miliarda gwiazd do 50 potencjalnych kandydatów, wykorzystując dane obserwatorium satelitarnego GAIA i przeglądu nieba ZTF.
Astronom podkreśla ważność publicznie dostępnych danych z przeglądów obserwacyjnych nieba w swoich pracach – gdyby nie było takich projektów jak ZTF i GAIA, które reprezentują ogromną ilość pracy w tle setek ludzi – moje badania nie byłyby możliwe.
W kolejnym kroku zostało wybrane 21 gwiazd do weryfikacji obserwacyjnej. Kryteria selekcyjne zadziałały. 100 procent kandydatów okazało się tymi przed-ekstremalnie małomasywnymi białymi karłami, których szukaliśmy – powiedział K.El-Badry – Są one bardziej rozdęte i powiększone niż ekstremalnie małomasywne białe karły. Mają kształt podobny do jaja, ponieważ przyciąganie grawitacyjne drugiej gwiazdy zniekształca ich kształt sferyczny.
Znaleźliśmy brakujące ogniwo pomiędzy dwoma klasami gwiazd podwójnych – zmiennymi kataklizmicznymi i ekstremalnie małomasywnymi białymi karłami, i znaleźliśmy ich przyzwoitą ilość – dodał K.El-Badry – trzynaście z tych gwiazd wykazuje nadal oznaki utraty masy na rzecz towarzysza; ale wydaje się, że z 8 gwiazd materia już nie ucieka. Każda z tych gwiazd ma również wyższą temperaturę niż do tej pory obserwowane gwiazdy kataklizmiczne.
K. El-Bandry zamierza kontynuować badania przed-ekstremalnie małomasywnych białych karłów i będzie kontynuował weryfikację obserwacyjną kolejnych 29 kandydatów, których wcześniej odkrył.
Więcej informacji:
Publikacja naukowa: Birth of the ELMs: a ZTF survey for evolved cataclysmic variables turning into extremely low-mass white dwarfs
Wersja darmowa arXiv: Birth of the ELMs: a ZTF survey for evolved cataclysmic variables turning into extremely low-mass white dwarfs
Astronomers Observe a New Type of Binary Star Long Predicted to Exist
Źródło: Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Na ilustracji wizja artystyczna nowego typu gwiazd podwójnych, w którym większy, niebieskawy towarzysz jest na przejściowym etapie przed-ekstremalnie małomasywnego białego karła. Niebieska gwiazda traci materię, której większość poprzez dysk jest akreowana na „normalnego” białego karła. Większa gwiazda stopniowo staje się ekstremalnie małomasywnym białym karłem. Źródło: M.Weiss/Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
