Astronomowie byli świadkami transformacji jednej z największych gwiazd naszego wszechświata w rzadkie ciało gwiazdowe, a dramatyczna metamorfoza może być prequelem potężnej eksplozji supernowej, w wyniku której gwiazda ta rodzi czarną dziurę.
Skazani gwiazda chodzi o WOH G64 (znany również jako IRAS 04553–6825), znajdujący się w galaktyce satelitarnej Droga Mleczna znany jako Wielki Obłok Magellana (LMC), około 163 000 lat świetlnych od nas. Gwiazda jest około 1540 razy większa od gwiazdy słonecznymający prawie 30-krotną masę naszej gwiazdy i zdumiewającą 282 000-krotność jej jasności. Odkryty w latach 70. model WOH G64 zawsze wydawał się być… czerwony nadolbrzym gwiazda otoczona pierścieniem lub torusem gęstego pyłu.
Jednak w 2014 roku wygląd tego nadolbrzyma zaczął się zmieniać. Zespół astronomów pod kierownictwem Gonzalo Muñoza-Sancheza z Narodowego Obserwatorium w Atenach zauważył zmianę koloru gwiazdy wraz ze wzrostem temperatury jej powierzchni. Muñoz-Sanchez i współpracownicy ustalili, że musi to odzwierciedlać przemianę czerwonego nadolbrzyma w rzadkiego żółtego nadolbrzyma, co może również oznaczać, że astronomowie są świadkami „umierania” gwiazdy w czasie rzeczywistym.
„Los gwiazd o początkowych masach od 23 do 30 mas Słońca po ewolucji w czerwonych nadolbrzymów jest nadal niepewny. W tym przypadku WOH G64 był najbardziej ekstremalnym znanym czerwonym nadolbrzymem, którego szacowaną masę wynosiła około 28 mas Słońca” – Muñoz-Sanchez powiedział Space.com. „Nie jest jasne, czy takie gwiazdy eksplodują jak supernowezapadnij się bezpośrednio w czarne dziurylub ewoluują z fazy czerwonego nadolbrzyma w fazę żółtego nadolbrzyma przed zakończeniem życia. „WOH G64 może być rozwiązaniem tego problemu.”
Wyniki zespołu stanowią pierwszy dowód na to, że ekstremalny obiekt gwiezdny może zmieniać swoją temperaturę i ewoluować z czerwonego na żółty w ciągu roku – i to w sposób płynny i cichy.
„Jest to szczególnie zaskakujące, ponieważ szybkie zmiany w gwiazdach są zazwyczaj powiązane z gwałtownymi lub nagłymi procesami” – kontynuował Muñoz-Sanchez.
Jednak to nie wszystko, co zespół odkrył na temat tej ogromnej gwiazdy. Naukowcy odkryli również, że WOH G64 nie jest jedyny.
Żyj szybko, umieraj młodo… ale nie sam
Mająca zaledwie 5 milionów lat WOH G64 jest kosmicznym dzieckiem w porównaniu z innymi gwiazdami, takimi jak nasze Słońce w średnim wieku, liczące 4,6 miliarda lat, więc może wydawać się kosmicznie niesprawiedliwe, że grozi jej koniec swojego życia. Dzieje się tak, ponieważ masywne gwiazdy takie jak ta „żyją szybko i umierają młodo”, zużywając zapasy paliwa potrzebne do syntezy jądrowej szybciej niż gwiazdy o skromnych rozmiarach.
Chociaż ten krótki okres życia dotyczy wszystkich masywnych gwiazd, końcowe etapy życia tych gwiezdnych tytanów nie są całkiem pewne. Na przykład nie wszystkie czerwone nadolbrzymy zrzucają swoje zewnętrzne warstwy, gdy ich rdzenie kurczą się, przekształcając się w żółte nadolbrzymy.
„Żółte hiperolbrzymy są niezwykle rzadkie, ponieważ stanowią krótkotrwałą fazę przejściową pomiędzy stadium czerwonego nadolbrzyma a ostateczną eksplozją supernowej” – powiedział Muñoz-Sanchez. „W rezultacie obecnie znana jest tylko niewielka liczba potwierdzonych żółtych hiperolbrzymów, licząca zaledwie kilkadziesiąt obiektów”.
Aby doszło do transformacji żółtego hiperolbrzyma, masywna gwiazda potrzebuje wiatru gwiazdowego, który jest wystarczająco silny, aby oderwać zewnętrzną powłokę wcześniej odrzuconej materii gwiezdnej, co powoduje wzrost jej temperatury. Jednak tylko najjaśniejsze czerwone nadolbrzymy mogą napędzać wypływ materii na tyle potężny, aby wywołać tę fazę przejściową, która ostatecznie prowadzi do śmierci gwiazdy.
Zespół odkrył również, że ogromna gwiazda w rzeczywistości jest częścią układu podwójnego, istniejącego z gwiazdą towarzyszącą. Komplikuje to potencjalną przyczynę jej transformacji, jeśli gwiazda główna zachłannie wyciąga materię ze swojego towarzysza.
„Interakcje binarne mogą również odgrywać kluczową rolę w powstawaniu żółtych hiperolbrzymów” – powiedział Muñoz-Sanchez. „Jeśli w układzie podwójnym nastąpi transfer masy lub zdzieranie otoczki, otoczka czerwonego nadolbrzyma może zostać częściowo usunięta, potencjalnie napędzając jego ewolucję w kierunku żółtych temperatur”.
Badacz kontynuował, wyjaśniając, że w scenariuszu opartym na układzie podwójnym, w którym ewolucja gwiazdy jest spowodowana interakcjami z jej towarzyszem, system binarny zostałaby osadzona we wspólnej otoczce, kokonie gazowym otaczającym obie gwiazdy, które ją utworzyły pojawić się jako czerwony nadolbrzym. Częściowe wyrzucenie tej koperty odsłoniłoby wówczas dwie gwiazdy.
„Alternatywnie, mimo że układ jest podwójny, przejście mogło być spowodowane wewnętrznymi procesami gwiezdnymi. W tym przypadku gwiazda mogła przejść niezwykły epizod erupcji trwający ponad 30 lat i obecnie powraca do żółtego, spokojnego stanu” – dodał Muñoz-Sanchez. „Obie możliwości są niezwykle rzadkie, a bycie świadkiem którejkolwiek z nich w ludzkiej skali czasu jest niemal bezprecedensowe”.
Dlatego zespół nie wie jeszcze, czy jej ewolucja jest konsekwencją interakcji pomiędzy WOH G64 i jej podwójnym towarzyszem, czy też metamorfoza jest nieodłączną cechą samej gwiazdy.
„Ostatnie obserwacje sugerują, że niektóre inne ekstremalnie czerwone nadolbrzymy również mogą znajdować się w układach podwójnych” – wyjaśnił Muñoz-Sanchez. „Zrozumienie, czy ekstremalne właściwości tych gwiazd wynikają z ich wewnętrznej natury, czy z interakcji binarnych, ma kluczowe znaczenie dla badania populacji wyewoluowanych masywnych gwiazd, przewidywania ich śmierci i interpretacji wytwarzanych przez nie supernowych, czyli zjawiska, które wciąż nie jest w pełni poznane”.
Zrozumienie binarnej natury WOH G64 jest nie tylko kluczem do zrozumienia jego życia; te szczegóły są również integralną częścią jego śmierci.
Ciągła wymiana masy między gwiazdami może doprowadzić do ich zderzenia i połączenia obu składników. Jeśli jednak interakcje między gwiazdami są niewielkie lub nie istnieją, główna gwiazda ewoluuje w kierunku zapadnięcia się jądra, co ostatecznie skutkuje albo eksplozją supernowej, albo bezpośrednim zapadnięciem się w czarną dziurę. „Z astronomicznego punktu widzenia WOH G64 wydaje się być wysoce rozwiniętym systemem i możliwe jest, że „wkrótce” może nastąpić w nim zapadnięcie się jądra. W tym kontekście „wkrótce” oznacza skalę czasową od stu do kilku tysięcy lat” – powiedział Muñoz-Sanchez. „Takie wydarzenie byłoby niezwykłe, jest wysoce nieprawdopodobne, że nastąpi za naszego życia.
Choć oczywiście nie jesteśmy nawet pewni, czy gwiazda ta eksploduje jako supernowa.”
Artykuł na temat tych wyników ukazał się w poniedziałek (23 lutego) w czasopiśmie Natura.
