Przejdź do treści

Dane z Chandra mogą być pierwszymi dowodami na gwiazdę pożerającą planetę

Przez blisko sto lat astronomowie zastanawiali się nad ciekawą zmiennością młodych gwiazd zamieszkujących konstelację Taurus-Auriga, oddalonych o jakieś 450 lat świetlnych od Ziemi. Jedna gwiazda szczególnie zwróciła uwagę astronomów. Co kilka dziesięcioleci jej światło bledło na krótko przed ponownym rozjaśnieniem.

W ciągu ostatnich lat astronomowie obserwowali coraz częstsze ciemnienie tej gwiazdy i zaczęli zadawać sobie pytanie, co ją tak często przesłania? Odpowiedzią mogą być niektóre z chaotycznych procesów zachodzących we wczesnym etapie rozwoju gwiazdy.

Teraz fizycy zaobserwowali gwiazdę, nazwaną RW Aur A, korzystając z obserwatorium rentgenowskiego Chandra. Znaleźli dowody na to, co mogło spowodować jej ostatnie pociemnienie: zderzenie dwóch małych ciał planetarnych, w następstwie którego wytworzyły się gęste chmury gazu i pyłu. Gdy planetarne szczątki opadły na gwiazdę, wytworzyły grubą zasłonę, tymczasowo osłabiającą światło gwiazdy.

Symulacje komputerowe od dawna przewidywały, że planety mogą opadać na młodą gwiazdę, jednak astronomowie nigdy wcześniej tego nie obserwowali. Jeżeli ich interpretacja danych jest poprawna, po raz pierwszy obserwują młodą gwiazdę pożerającą planetę bądź planety.

Poprzednie przypadki pociemnienia gwiazdy mogły być spowodowane podobnymi rozbiciami albo dwóch planet, bądź dwóch dużych pozostałości po wcześniejszych zderzeniach, które się spotkały i ponownie rozpadły.

Naukowcy badający wczesny rozwój gwiazd często spoglądają w Ciemne Obłoki Taurus-Auriga, skupisko obłoków molekularnych w gwiazdozbiorach Byka i Woźnicy, w których znajdują się gwiezdne żłobki zawierające tysiące gwiazd niemowlęcych. Młode gwiazdy tworzą się z grawitacyjnego rozpadu gazu i pyłu w tych obłokach. Bardzo młode gwiazdy, w przeciwieństwie np. do dojrzałego już Słońca, nadal są otoczone wirującym dyskiem gruzu, a także gazu, pyłu oraz bryłami materii o różnej wielkości, od drobnych ziaren pyłu po kamyki i ewentualnie szczątkowe planety.

Jeżeli spojrzymy na nasz Układ Słoneczny, zobaczymy planety a nie masywny dysk protoplanetarny okrążający Słońce. Czas życia takich dysków wynosi około 5-10 mln lat. W gwiazdozbiorze Byka jest wiele gwiazd, które już utraciły swój dysk, jednak kilka nadal go posiada. Jeżeli chcemy wiedzieć, co dzieje się w końcowych etapach rozpraszania się dysku, konstelacja Byka jest jednym z miejsc, w których możemy to zobaczyć.

Moritz Guenther z MIT oraz jego koledzy koncentrują się na gwiazdach, które są na tyle młode, że nadal posiadają dyski. Szczególnie interesowała ich RW Aur A, która ma kilka milionów lat. RW Aur A jest częścią układu podwójnego, co oznacza, że okrąża inną młodą gwiazdę, RW Aur B. Obydwie gwiazdy mają masę zbliżoną do Słońca.

Od 1937 roku co kilka dziesięcioleci astronomowie odnotowują wyraźne spadki w jasności RW Aur A. Każde takie zdarzenie wydawało się trwać około miesiąca. W 2011 roku gwiazda ponownie przygasła, tym razem na około pół roku. Ostatecznie się rozjaśniła, aby ponownie zniknąć w 2014 r. W 2016 r. gwiazda powróciła do swojej pełnej jasności.

Astronomowie zaproponowali, że pociemnienie jest spowodowane przez strumień gazu przepływający na zewnętrznej krawędzi dysku. Jeszcze inni mają teorię, że wynika ono z procesów zachodzących bliżej centrum gwiazdy.

W styczniu 2017 r. RW Aur A ponownie przygasła i zespół wykorzystał obserwatorium rentgenowskie Chandra do zarejestrowania emisji promieniowania X z gwiazdy.

Promienie rentgenowskie pochodzą od gwiazdy, a ich widmo zmienia się, gdy przechodzą przez gaz w dysku. Astronomowie szukają określonych sygnatur w promieniach X, które gaz pozostawia w widmie rentgenowskim.

W sumie Chandra zgromadziła prawie 14 godzin danych rentgenowskich pochodzących od gwiazdy. Po ich przeanalizowaniu astronomowie otrzymali kilkanaście zaskakujących odkryć: dysk gwiazdy zawiera dużą ilość materii; gwiazda jest znacznie gorętsza, niż się spodziewano; dysk zawiera znacznie więcej żelaza, niż się spodziewano.

Ostatni punkt był najbardziej interesujący dla zespołu. Zwłaszcza widmo rentgenowskie gwiazdy może pokazywać różne pierwiastki, takie jak tlen, żelazo, krzem i magnez, a ilość każdego z nich zależy od temperatury wewnątrz dysku gwiazdy. W tym przypadku jest obserwowane dziesięciokrotnie więcej żelaza, niż powinno być w aktywnych i gorących gwiazdach.

Naukowcy spekulują, że mogą być dwa źródła pochodzenia nadmiaru żelaza. Pierwszym z nich jest zjawisko znane jako pułapka ciśnieniowa pyłu, w której małe ziarna lub cząsteczki, takie jak żelazo, mogą zostać uwięzione w „martwych strefach” dysku. Jeżeli struktura dysku nagle się zmieni, np. gdy gwiazda towarzysz przejdzie obok, powstałe w ten sposób siły pływowe mogą uwolnić uwięzione cząsteczki, tworząc nadmiar żelaza, które może opaść na gwiazdę.

Druga teoria jest bardziej przekonująca dla Guenthera. W tym scenariuszu nadmiar żelaza powstaje, gdy zderzają się dwa planetozymale (małe ciała planetarne), uwalniając grubą chmurę cząsteczek. Jeżeli jedna lub obie planety wykonane są z żelaza, ich zderzenie może uwolnić dużą ilość tego pierwiastka do dysku gwiazdy i tymczasowo zasłonić światło, gdy materia na nią opadnie.

Guenther ma nadzieję na dalsze obserwacje gwiazdy w przyszłości, by móc sprawdzić, czy ilość żelaza otaczającego gwiazdę zmieniła się – pomiar, który może pomóc naukowcom określić wielkość źródła żelaza. Na przykład, jeżeli taka sama ilość żelaza pojawi się powiedzmy w ciągu roku, może to sygnalizować, że żelazo pochodzi ze względnie masywnego źródła, takiego jak kolizja dużych planet.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
X-ray data may be first evidence of a star devouring a planet

Źródło: MIT

Na zdjęciu: Wizja artystyczna przedstawiająca zniszczenie młodej planety, czego naukowcy byli świadkami po raz pierwszy. Źródło: NASA/CXC/M.Weiss