16 lat temu zespół astronomów z nieistniejącej już misji NASA Galaxy Evolution Explorer (GALEX) zauważył gwiazdę. Miała ona niezwykły pierścień ultrafioletowy wokół siebie – widoczny na zdjęciach wykonanych przez teleskop kosmiczny.
Obiekt, który nie przypominał niczego, co astronomowie widzieli wcześniej, został nazwany Mgławicą Niebieski Pierścień ze względu na swój wygląd (chociaż jego pozornie niebieski kolor w rzeczywistości reprezentuje jedynie niewidzialne dla nas światło ultrafioletowe (zostało celowo oznaczone kolorem niebieskim na zdjęciach ciała kosmicznego). Astronomowie spędzili lata na badaniach tego obiektu innymi teleskopami, zarówno tymi z Ziemi, jak i kosmicznymi. Powoli zaczął wyłaniać się obraz ukrytej przeszłości gwiazdy.
W nowym badaniu opublikowanym w „Nature” 18 listopada zespół naukowców (w tym kilku z pierwotnego zespołu GALEX) prezentuje nowe wyjaśnienie powstawania „niebieskiego” pierścienia wokół gwiazdy TYC 2597-735-1. Astronomowie dowodzą, że pierścień ten jest w rzeczywistości podstawą stożkowatej chmury fluorescencyjnych szczątków, która powstała po zderzeniu się gwiazdy podobnej do Słońca z jej mniejszą gwiazdową towarzyszką, a następnie po jej pochłonięciu.
Naukowcy sądzą, że podczas zderzenia dwa stożki materiału zostały wystrzelone w przeciwnych kierunkach. Z uwagi na to, że jeden ze stożków był skierowany bezpośrednio w kierunku Ziemi, GALEX ujrzał go właśnie jako pierścień. Jest to być może pierwsza obserwacja rzadkiej, nigdy wcześniej nie widzianej fazy ewolucji połączeń pomiędzy gwiazd, która miała miejsce kilka tysięcy lat po rozpoczęciu się tego procesu i – jak się dziś szacuje – trwa od około tysiąca do setek tysięcy lat, czyli stosunkowo krótko w skali czasowej wydarzeń kosmicznych.
Łączenie się dwóch gwiazd jest dość powszechne, ale szybko zostają one przesłonięte przez dużą ilość pyłu, gdy wyrzucona z nich materia rozszerza się i ochładza w przestrzeni kosmicznej. Oznacza to, że nie możemy zobaczyć, co się tam właściwie wydarzyło – mówi główna autorka nowej pracy, Keri Hoadley z Caltech. Hoadley współpracuje z Christopherem Martinem, profesorem fizyki w Caltech i byłym badaczem projektu GALEX, który działał w latach 2003–2013 i skanował niebo w świetle ultrafioletowym.
Uważamy, że ten obiekt reprezentuje późny etap tych przejściowych wydarzeń, w czasie, gdy pył w końcu opada i mamy odtąd całkiem dobry widok – dodaje Hoadley. Uchwyciliśmy również ten proces, zanim zaszedł on zbyt daleko. Po pewnym czasie mgławica rozpuściłaby się w ośrodku międzygwiazdowym i nie można byłoby już wówczas powiedzieć, że cokolwiek takiego się tam wydarzyło.
Mark Seibert, astrofizyk z Carnegie Institution for Science i członek zespołu GALEX, był jednym z pierwszych, którzy znaleźli Mgławicę Niebieski Pierścień w danych GALEX z 2004 roku. Pamięta wiele dyskusji naukowych z tamtych wczesnych dni.
Za każdym razem, gdy myśleliśmy, że coś wymyśliliśmy, coś nam jednak mówiło, że to nie w porządku – mówi. To przerażająca rzecz dla naukowca. Ale uwielbiam też wyjątkowość tego obiektu i wysiłek włożony przez tak wiele osób w próby jego zrozumienia.
W ciągu ostatnich 16 lat zespół skorzystał z kilku teleskopów, aby określić przyczynę powstania tajemniczego pierścienia. W 2006 roku uczeni użyli teleskopu Caltech Hale Telescope w Palomar Observatory i W. M. Kecka Observatory na Hawajach, aby znaleźć dowody na istnienie fali uderzeniowej wokół gwiazdy. Obecność takiej fali sugeruje, że chmura gazu została tam wyrzucona w przestrzeń kosmiczną. Przez pewien czas myślano nawet, że gwiazda może być na etapie rozrywania niewidocznej, okrążającej ją planetę, ale w 2017 roku dane z lokalizatora planet w strefach zamieszkałych (pracującego na teleskopie Hobby-Eberly w Teksasie) ostatecznie potwierdziły, że nie ma żadnego zwartego obiektu krążącego wokół tej gwiazdy.
Dane archiwalne z Kosmicznego Teleskopu Spitzera i WISE (ang. Wide-field Survey Explorer) w połączeniu z danymi z innych obserwatoriów podczerwieni, pomogły ustalić, że gwiazda była rzeczywiście otoczona dyskiem pyłowym. Dodatkowe dane również odegrały ważną rolę w rozwikłaniu sprawy, w tym te pochodzące od amatorskiej grupy naukowej o nazwie American Association of Variable Star Observers (AAVSO).
Wszystkie elementy tej układanki zaczęły się układać, gdy zespół GALEX poprosił Briana Metzgera, astrofizyka teoretycznego z Columbia University, o przyłączenie się do grupy.
Astronomowie sądzą, że historia Mgławicy Niebieski Pierścień rozpoczęła się kilka tysięcy lat temu od gwiazdy o masie naszego Słońca i drugiej, mniejszej gwiazdy, która znajdowała się wówczas na jej orbicie. Gdy podobna do Słońca gwiazda starzała się, zwiększała znacznie swe rozmiary, a jej zewnętrzne warstwy zbliżały się do gwiazdy-towarzyszki. Mniejsza z gwiazd wysysała materiał z większej, która krążyła po spirali wokół małej gwiazdy wewnątrz dysku, ale ostatecznie jednak to ta mała gwiazda została skonsumowana przez większą. Takie zlanie się ze sobą dwóch gwiazd wyrzuciło w przestrzeń obłok pozostałości, która następnie został przecięty na pół przez gazowy dysk małej gwiazdy. To wytworzyło dwie osobne, nowe obłoki szczątków i pyłu w kształcie stożka.
Kiedy szczątki te zostawały odrzucane na zewnątrz, pochłaniały gaz i tworzyły falę uderzeniową. Ta z kolei rozgrzała cząsteczki wodoru w ich obłoku, co wywołało ich fluorescencję obserwowaną w świetle ultrafioletowym. Proces generowania fluorescencji jest podobny do tego, który powoduje świecenie słynnego długiego ogona płynącego za gwiazdą Mira – sfotografowanego przez sondę GALEX w 2007 roku.
Na zdjęciu: GALEX sfotografował gwiazdę Mirę i jej świecący w ultrafiolecie ogon w 2007 roku. Proces, który tworzy świecące światło ultrafioletowe wokół Miry - w którym fala uderzeniowa podgrzewa wodór - jest dość podobny do tego, co dzieje się w Mgławicy Niebieski Pierścień. Źródło: NASA/JPL-Caltech/C. Martin (Caltech)/M. Seibert(OCIW)
Martin, który jako pierwszy rozpoczął prace nad przeglądami nieba w ultrafiolecie prawie cztery dekady temu, podsumowuje, że choć rozwiązanie tej konkretnej zagadki zajęło nauce więcej czasu, niż oczekiwano, nie jest zaskoczeniem, że dane z GALEX wciąż umożliwiają dokonywanie nowych odkryć.
Ilekroć przeglądamy niebo przy użyciu nowych fal, nieuchronnie dostajemy nowe odkrycia, po kilku latach i jeszcze później – mówi.
Badanie mgławicy Niebieski Pierścień sprzed kilku tysięcy lat zostało sfinansowane przez National Science Foundation, NASA, Heising-Simons Foundation i Robert Martin Ayers Sciences Fund. Inni autorzy opracowania to Andrew McWilliam z Carnegie Institution for Science, Ken Shen z UC Berkeley, Gudmundur Stefansson z Princeton University, Andrew Monson z Pennsylvania State University i Bradley Schaefer z Louisiana State University.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Oryginalna publikacja: A blue ring nebula from a stellar merger several thousand years ago,
Hoadley, Keri et al., Nature 2020
Źródło: Caltech
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na zdjęciu: Mgławica Niebieski Pierścień znajdująca się 6300 lat świetlnych od nas, w granicach konstelacji Herkulesa. Jest uważana za krótkotrwałą fazę ewolucji po połączeniu się dwóch gwiazd. Gdy szczątki po takim połączeniu są wydmuchiwane na zewnątrz, powstaje front uderzeniowy, w którym atomy wodoru są wzbudzane i pobudzane do świecenia w świetle widzialnym (kolor różowy). Czoło fali uderzeniowej i odwrotna fala uderzeniowa poruszająca się do wewnątrz względem czoła uderzenia również powodowały tu wzbudzenie i świecenie cząsteczek wodoru (w przeciwieństwie do atomów) - w świetłe ultrafioletowym, oznaczonym na niebiesko. Źródło: NASA/JPL-Caltech/NASA/JPL-Caltech/M. Seibert (Carnegie Institution for Science)/K. Hoadley (Caltech)/GALEX Team
