W 1936 roku astronomowie zaobserwowali zagadkowe wydarzenie w konstelacji Oriona: młoda gwiazda FU Orionis (FU Ori) stała się sto razy jaśniejsza w ciągu kilku miesięcy.
W szczytowym momencie FU Ori była sto razy jaśniejsza od naszego Słońca. Jednak w przeciwieństwie do eksplodującej gwiazdy od tego czasu jej jasność spadała bardzo powoli.
Teraz zespół astronomów wykorzystał ultrafioletowe możliwości Kosmicznego Teleskopu Hubble’a (HST), aby dowiedzieć się więcej o interakcji między powierzchnią gwiazdy FU Ori a dyskiem akrecyjnym, który zrzuca gaz na rosnącą gwiazdę od prawie 90 lat. Odkryli oni, że wewnętrzny dysk stykający się z gwiazdą jest niezwykle gorący – co podważa konwencjonalną wiedzę.
Obserwacje przeprowadzono za pomocą instrumentów COS (Cosmic Origins Spectrograph) i STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) HST. Dane obejmują pierwsze widma dalekiego ultrafioletu i nowe widma bliskiego ultrafioletu FU Ori.
Mieliśmy nadzieję zbadać najgorętszą część modelu dysku akrecyjnego, aby określić jego maksymalną temperaturę, mierząc bliżej wewnętrznej krawędzi dysku niż kiedykolwiek wcześniej – powiedziała Lynne Hillenbrand z Caltechu w Pasadenie w Kalifornii i współautorka artykułu. Mieliśmy nadzieję, że zobaczymy coś nowego – np. miejsce styku między gwiazdą a jej dyskiem, ale fakt, że gwiazda była znacznie jaśniejsza w UV niż przewidywaliśmy, był wielką niespodzianką.
Lepsze zrozumienie procesu akrecji gwiazd
Początkowo uważana za wyjątkowy przypadek wśród gwiazd, FU Ori jest przykładem klasy młodych, wybuchowych gwiazd, które przechodzą dramatyczne zmiany jasności. Obiekty te są podzbiorem klasycznych gwiazd typu T Tauri, które są nowo formującymi się gwiazdami, powstającymi poprzez akrecję materii ze swojego dysku i otaczającej mgławicy. W klasycznych gwiazdach T Tauri dysk nie dotyka bezpośrednio gwiazdy, ponieważ jest ograniczony przez zewnętrzne ciśnienie pola magnetycznego gwiazdy.
Dyski akrecyjne wokół obiektów typu FU Ori są jednak podatne na niestabilności ze względu na ogromną masę takich ciał w stosunku do gwiazdy centralnej, interakcje z towarzyszami oraz spadającą materię. Taka niestabilność oznacza, że tempo akrecji może się drastycznie zmieniać. Zwiększone tempo zaburza delikatną równowagę między polem magnetycznym gwiazdy a wewnętrzną krawędzią dysku, prowadząc do zbliżenia się materii, które w końcu zaczynać stykać się z powierzchnią gwiazdy.
Zwiększone tempo opadania i bliskości dysku akrecyjnego do gwiazdy sprawia, że obiekty typu FU Ori są znacznie jaśniejsze niż typowe gwiazdy typu T Tauri. Podczas wybuchu sama gwiazda jest przyćmiona przez dysk. Co więcej, materia dysku orbituje szybko, zbliżając się do gwiazdy znacznie szybciej, niż wynosi tempo rotacji powierzchni gwiazdy. Oznacza to, że powinien istnieć obszar, w którym dysk uderza w gwiazdę, a materia zwalnia i znacznie się nagrzewa.
Dane z HST wskazują na znacznie gorętszy obszar uderzenia niż przewidywały wcześniejsze modele – powiedział Adolfo Carvalho z Caltechu i główny autor artykułu. W FU Ori temperatura wynosi 16 tysięcy kelwinów (prawie trzy razy więcej niż temperatura powierzchni Słońca). To prawie dwukrotnie więcej niż przewidywały wcześniejsze modele – a także wyzwanie i zachęta dla nas do zastanowienia się, jak można wyjaśnić taki skok temperatury.
Aby zaradzić znacznej różnicy temperatur między wcześniejszymi modelami a ostatnimi obserwacjami HST, zespół zaproponował zmienioną interpretację geometrii w wewnętrznym regionie FU Ori: materia dysku akrecyjnego zbliża się do gwiazdy, a gdy osiągnie jej powierzchnię, następuje gwałtowny wzrost temperatury, który skutkuje emisją dużej ilości promieniowania UV.
Przetrwanie planety wokół FU Ori
Zrozumienie mechanizmów szybkiego procesu akrecji FU Ori wiąże się szerzej z koncepcjami formowania się i przetrwania egzoplanet.
Nasz poprawiony model oparty na danych z HST nie zmienia radykalnie naszej wiedzy o ewolucji planet – wyjaśnił Carvalho. Jeżeli planeta znajduje się daleko w dysku podczas formowania, wybuchy z obiektu FU Ori powinny wpływać na to, jaki rodzaj pierwiastków planeta ostatecznie odziedziczy. Ale jeżeli formująca się planeta znajduje się bardzo blisko gwiazdy, to inna historia. W ciągu kilku wybuchów planety formujące się bardzo blisko gwiazdy mogą szybko przesunąć się do wewnątrz i ostatecznie połączyć się z nią. Skaliste planety formujące się w pobliżu takiej gwiazdy mogą zostać zniszczone lub przynajmniej mocno przekształcone przez ekstremalne temperatury.
Dalsze obserwacje z użyciem HST w zakresie UV są w toku. Zespół dokładnie analizuje różne widmowe linie emisyjne z wielu pierwiastków obecnych w widmie COS. Powinno to dostarczyć dalszych danych na temat środowiska FU Ori, takich jak kinematyka napływającego i wypływającego gazu w regionie wewnętrznym.
Wiele z tych młodych gwiazd ma bogate widmo na długościach fal dalekiego UV – powiedziała Hillenbrand. Rozmiary i zasięg długości fal HST pozwalają nam zbadać ten fascynujący typ gwiazd lepiej niż kiedykolwiek wcześniej.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- NASA’s Hubble Finds Sizzling Details About Young Star FU Orionis
- A Far-ultraviolet-detected Accretion Shock at the Star–Disk Boundary of FU Ori
Źródło: NASA
Na ilustracji: Wizja artystyczna wczesnych stadiów wybuchu młodej gwiazdy FU Orionis (FU Ori) otoczonej dyskiem materii. Źródło: NASA-JPL, Caltech
