Korzystając z należącej do NASA sondy kosmicznej Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), astronomowie uzyskali pierwszy obraz wewnętrznego obszaru wokół martwego białego karła, który wampirycznie żeruje na gwiezdnym towarzyszu.
Zespołowi z Massachusetts Institute of Technology (MIT) udało się przeprowadzić szczegółowe badania wcześniej niedostępnego, wysokoenergetycznego regionu bezpośrednio otaczającego planetę. biały karzeł w systemie EX Hydrae, zlokalizowanych około 200 lata świetlne z Ziemi.
Badacze nie tylko odkryli wysoki stopień polaryzacji promieni rentgenowskich, co opisuje zgodność w kierunku, pod jakim ustawione są fale promieniowania elektromagnetycznego, ale byli także w stanie prześledzić to energetyczne promieniowanie aż do wysokiej na 3200 kilometrów kolumny niezwykle gorącej materii gwiazdowej wyciąganej z gwiazdy towarzyszącej i opadającej na białego karła.
To około połowa promienia samego białego karła i znacznie więcej, niż naukowcy wcześniej szacowali dla takiej struktury. Zespół wykrył także promienie rentgenowskie odbijające się od powierzchni białego karła, zanim uległy rozproszeniu, co przewidywano, ale nigdy wcześniej nie potwierdzono.
Pośrednie bieguny zyskały swoją nazwę ze względu na różnice w sile pól magnetycznych białych karłów. Kiedy pole magnetyczne jest szczególnie silne, te martwe gwiazdy wyciągają materię ze swoich gwiazd towarzyszących, która następnie przepływa w kierunku biegunów białych karłów. Jednakże, gdy pola magnetyczne białych karłów są słabe, pozbawiona pasków materia tworzy wokół białych karłów wirujące struktury zwane dyskami akrecyjnymi. Stamtąd skradziona materia gwiazdowa jest następnie stopniowo dostarczana na powierzchnie pozostałości gwiazd.
Sytuacja jest bardziej złożona w przypadku białych karłów wampirów z polami magnetycznymi o średniej sile. Naukowcy przewidywali, że w przypadku tych układów dysk akrecyjny powinien nadal powstać, ale powinien być ciągnięty w stronę biegunów tych białych karłów. Pola magnetyczne w tych układach powinny następnie unieść tę materię, tworząc fontannę materii gwiezdnej, czyli „kurtynę akrecyjną”, która opada na bieguny magnetyczne białych karłów z prędkością milionów mil na godzinę.
Naukowcy przewidywali, że płynąca w dół materia powinna zderzyć się z wciąż opadającą materią uniesioną wcześniej przez pola magnetyczne, tworząc kolumny turbulentnego gazu, który może osiągnąć temperaturę milionów stopni Fahrenheita, emitując przy tym promienie rentgenowskie.
W styczniu 2025 roku zespół badawczy miał zamiar przetestować ten pomysł, badając system EX Hydrae na podstawie obserwacji trwających około siedmiu dni ziemskich przeprowadzonych za pomocą IXPE.
Odkrycia pokazują skuteczność techniki zwanej „polarymetrią rentgenowską”, która mierzy polaryzację promieni rentgenowskich, w badaniu ekstremalnych i gwałtownych środowisk gwiazdowych.
„Pokazaliśmy, że polarymetrię rentgenowską można wykorzystać do przeprowadzenia szczegółowych pomiarów geometrii akrecji białego karła” – kierownik zespołu Sean Gunderson z Instytutu Astrofizyki i Badań Kosmicznych Kavli w MIT, – napisano w oświadczeniu. „Otwiera to okno na możliwość dokonywania podobnych pomiarów innych typów akreujących białych karłów, które również nigdy nie przewidywały sygnałów polaryzacji rentgenowskiej”.
Spolaryzowane ustalenia
Fale światła oscylują pod kątem prostym do kierunku rozchodzenia się światła, ale na kąt, pod jakim się oscylują, mogą wpływać pola magnetyczne i elektryczne. Dodatkowo, gdy światło odbija się od powierzchni, może ulec polaryzacji, co oznacza, że oscylacje fal świetlnych są zorganizowane we wspólnym kierunku. Badając światło spolaryzowane, badacze mogą dowiedzieć się więcej o obiekcie, który zostało przez nie rozproszone.
Wystrzelona w 2021 r. misja IXPE jest pierwszą misją NASA zaprojektowaną w celu wykrywania spolaryzowanych promieni rentgenowskich. Sonda badała niektóre z najbardziej ekstremalnych obiektów i zdarzeń we wszechświecie, takie jak gwiazdy neutronoweczarne dziury i supernowe. Po raz pierwszy IXPE skierowano do badania pośredniego układu polarnego, mniejszego obiektu, ale wciąż silnego emitera promieni rentgenowskich.
„Zaczęliśmy rozmawiać o tym, jak bardzo polaryzacja byłaby przydatna, aby uzyskać pojęcie o tym, co dzieje się w tego typu układach, które większość teleskopów widzi tylko jako kropkę w polu widzenia” – powiedział członek zespołu Herman Marshall z MIT. „Każdym promieniowaniem rentgenowskim przychodzącym ze źródła można zmierzyć kierunek polaryzacji. Zbiera się ich wiele, a wszystkie są pod różnymi kątami i kierunkami, a następnie można je uśrednić, aby uzyskać preferowany stopień i kierunek polaryzacji”.
Marshall, Gunderson i współpracownicy odkryli 8% stopień polaryzacji w promieniach rentgenowskich z EX Hydrae, czyli znacznie więcej niż przewidywały modele teoretyczne. Po tym odkryciu naukowcy potwierdzili, że promieniowanie rentgenowskie rzeczywiście pochodzi z kolumny zderzającego się gazu o wysokości około 3000 km.
„Gdybyś był w stanie stanąć nieco blisko bieguna białego karła, zobaczyłbyś kolumnę gazu rozciągającą się na wysokość 3000 km w niebo, a następnie rozchodzącą się na zewnątrz” – powiedział Gunderson.
Mierząc kierunek polaryzacji tych promieni rentgenowskich, zespół był w stanie potwierdzić, że to wysokoenergetyczne promieniowanie odbija się od powierzchni białego karła przed podróżą w przestrzeni kosmicznej.
„W polaryzacji promieni rentgenowskich pomocne jest to, że daje ona obraz najbardziej wewnętrznej i najbardziej energetycznej części całego układu” – dodał członek zespołu i naukowiec z MIT, Swati Ravi. „Kiedy patrzymy przez inne teleskopy, nie widzimy żadnego takiego szczegółu”.
Zespół zamierza teraz rozszerzyć badania otaczającego środowiska gwiazdy wampirów poza EX Hydrae do innych systemów zasilających białe karły. Może to ostatecznie pomóc w lepszym zrozumieniu ostatecznego stanu tych układów — eksplozji supernowych typu Ia, które powstają w wyniku nadmiernego zasilania martwych gwiazd i zwykle kończą się całkowitym zniszczeniem białego karła.
„Przychodzi taki moment, że na białego karła z towarzyszącej mu gwiazdy spada tak dużo materii, że biały karzeł nie jest już w stanie jej utrzymać, całość zapada się i wytwarza rodzaj supernowej obserwowalnej w całym wszechświecie, którą można wykorzystać do obliczenia rozmiaru wszechświat” – podsumował Marshall. „Zatem zrozumienie układów białych karłów pomaga naukowcom zrozumieć źródła supernowych i mówi o ekologii galaktyki”.
Wyniki badań zespołu opublikowano 10 listopada w Dziennik astrofizyczny .
