Na wyjaśnienie omawianej tajemnicy pozwoliło odkrycie brakującego ogniwa wśród układów binarnych, w skład których wchodzą białe karły. To brakujące ogniowo, zwane wyewoluowanymi zmiennymi kataklizmicznymi, uzupełnia naukowcom ścieżkę ewolucyjną białych karłów.
„Zaobserwowaliśmy pierwszy fizyczny dowód na istnienie nowej populacji przejściowych gwiazd podwójnych.”, powiedział astronom Kareem El-Badry z Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics. „To ekscytujące. To brakujące ogniowo modeli formowania się gwiazd podwójnych, którego szukaliśmy.”
Gwiezdne pozostałości
Czym tak właściwie jest biały karzeł? W skrócie, to gwiezdna pozostałość jądra większej gwiazdy. Za kilka miliardów lat Słońce stanie się białym karłem. Wpierw zamieni się jednak w czerwonego olbrzyma, pochłaniając Merkurego Wenus i być może też Ziemię, a potem zacznie zrzucać swoje warstwy. Gdy ustaną w nim reakcje jądrowe, jego jądro zapadnie się bardzo gęsty obiekt, emitujący między innymi promieniowanie widzialne – białego karła.
Wszystkie białe karły są bardzo małe – z reguły pod względem rozmiarów podobne do Ziemi. Ich masa to jednak zupełnie inna kwestia – ta wynosi nawet do 1,4 masy Słońca. To powiedziawszy, czasem zdarza się, że masa białych karłów jest wyjątkowo mała – mogłoby się wydawać, iż za mała, by te gwiazdy mogły istnieć. Jej wartość potrafi wynosić bowiem zaledwie jedną trzecią masy Słońca, a nawet mniej.
Jak zauważają astronomowie, aby biały karzeł samoistnie utracił mnóstwo swojej materii, tak by jego masa spadła do 1/3 masy słońca, musiałoby minąć znacznie więcej niż 13,8 miliarda lat, które ma Wszechświat. No właśnie – samoistnie, w izolacji. Tymczasem, wiele białych karłów tworzy układy podwójne z innymi gwiazdami.
Alternatywna ścieżka ewolucji
Od dłuższego czasu podejrzewano, że to właśnie binarne towarzyszki pewnych białych karłów przyspieszyły proces ich utraty masy, dosłownie wysysając ich materię i jednocześnie wyjaśniając, dlaczego białe karły o ekstremalnie niskiej masie istnieją. Zgodnie z teorią proces ten powinien nastąpić po etapie zwanym etapem zmiennej kataklizmicznej. To wtedy biały karzeł znajduje się w układzie podwójnym z inną gwiazdą – tak blisko niej, że to on pobiera materię ze swojej towarzyszki, a nie na odwrót. Nazwa etapu wynika z faktu, że pobierany przez białego karła materiał regularnie wywołuje niekontrolowaną fuzję wodoru, powodując eksplozję i tymczasową zmianę jasności gwiazdy.
Zdarza się, iż z czasem biały karzeł zbierze tyle materii, aż w końcu stanie się niestabilny i wybuchnie jako supernowa typu Ia. Jest też jednak druga opcja. Sytuacja może się odwrócić i to druga gwiazda zacznie kraść materię białego karła. Problem w tym, że dotychczas nie zaobserwowano układu, w którym coś takiego miało by miejsce. Dotychczas, bo właśnie się to jednak udało.
Potwierdzenie teorii
Międzynarodowy zespół astronomów, którego praca ukazała się na łamach czasopisma Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, wykorzystał dane z przeglądów astronomicznych ZTF i tych przeprowadzonych przez sondę Gaia, wybierając 50 układów, które ich zdaniem mogły znajdować się na etapie wyewoluowanej zmiennej kataklizmicznej. Następnie uczeni użyli Teleskopu Shane’a w Obserwatorium Licka, aby uzyskać szczegółowe obserwacje 21 z nich. Właśnie w ten sposób dokonano przełomu.
„100 procent kandydatów było na etapie wyewoluowanej zmiennej kataklizmicznej. Ich białe karły były większe i bardziej rozdęte niż białe karły o ekstremalnie niskiej masie. Miały też kształt jajka, ponieważ przyciąganie grawitacyjne drugiej gwiazdy zniekształciło ich kształt.”, wyjaśnił El-Badry. „Znaleźliśmy ewolucyjne powiązanie między dwiema klasami gwiazd podwójnych – zmiennymi kataklizmicznymi i tymi zawierającymi białe karły o ekstremalnie niskiej masie.”
Potrzeba rzecz jasna dalszych badań, aby dokładnie poznać układy gwiazd będące wyewoluowanymi zmiennymi kataklizmicznymi. Te z pewnością zostaną przeprowadzone, albowiem astronomowie zamierzają zarówno ponownie przyjrzeć się 21 potwierdzonym układom, jak i zająć się 29 kandydatami, którzy wciąż czekają na szczegółowe obserwacje. Niemniej jednak, dobrze że zagadka białych karłów o wyjątkowo niskiej masie w końcu została rozwiązana.
Źródło: Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics, fot. tyt. M.Weiss/Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics