Białe karły to pozostałości martwych gwiazd, które kiedyś świeciły tak jak Słońce. Powstają, kiedy w gwieździe wypala się paliwo termojądrowe i ustaje fuzja jądrowa. Wówczas gwiazda odrzuca swoje zewnętrzne warstwy. Pozostaje z niej samo jądro, czyli właśnie biały karzeł.  

To, z czego składają się tego typu obiekty, zależy od ich wyjściowej masy. Jeśli była niewielka – nie przekraczała 0,4 masy Słońca – po śmierci zamienią się w białe karły helowe. To znaczy, że cały wodór, z którego się składały, w wyniku fuzji jądrowej zamieni się w hel. Jednak kolejna reakcja – łączenia się atomów helu w cięższy węgiel – już nie zajdzie. Taki biały karzeł zbudowany więc będzie z helu. 

Gwiazda o dwóch obliczach 

Bardziej masywne gwiazdy, takie jak nasze Słońce, mają dłuższe życie. Po fuzji wodoru zacznie w nich zachodzić fuzja helu w cięższe pierwiastki. W rezultacie po zakończeniu produkcji energii tego typu gwiazdy zamienią się w białe karły węglowe (albo węglowo-tlenowe).  

Co istotne, w każdym przypadku po wypaleniu się gwiazdy naukowcy spodziewają się powstania białego karła, który składa się z równomiernie rozłożonych pierwiastków. Tym większe zaskoczenie przyniosły obserwacje gwiazdy nazwanej Janus. Janus to biały karzeł, którego strony różnią się składem. Jedna zbudowana jest z wodoru, a druga – z helu. Jego odkrycie zostało opisane w najnowszych wydaniu czasopisma „Nature”. 

Najdziwniejszy biały karzeł 

Nazwa nadana tej gwieździe nie jest przypadkowa. Janus to bardzo stare rzymskie bóstwo, patron przemiany, przejścia i czasu. Tradycyjnie na rzymskich monetach przedstawiany jest jako męska postać z dwiema twarzami, patrzącymi w dwóch przeciwnych kierunkach. Zupełnie jak nowo odkryta gwiazda o dwóch obliczach.

Biały karzeł wypatrzony w gwiazdozbiorze Łabędzia ma z Janusem sporo wspólnego. „Jego powierzchnia całkowicie się zmienia w zależności od tego, na którą stronę patrzymy” – powiedziała „Guardianowi” dr Ilaria Caiazzo, astrofizyczka z Caltechu, główna autorka pracy. „Kiedy pokazuję ludziom wyniki obserwacji, są kompletnie zaskoczeni” – dodała. 

Jak szybko obraca się Janus? 

Janusa dzieli od Ziemi 1000 lat świetlnych. Caiazzo zauważyła go z pomocą Zwicky Transient Facility, instrumentu pracującego w Obserwatorium Palomar znajdującym się w pobliżu San Diego. Naukowczyni poszukiwała kandydatów na białe karły, gdy dostrzegła obiekt obracający się wokół swojej osi co 15 minut. Wzbudził jej zainteresowanie, ponieważ jego jasność gwałtownie się zmieniała.  

Światło docierające z gwiazdy zostało przebadane z pomocą spektrometru. Spektrometr służy do ustalania składu chemicznego odległych obiektów – takich jak gwiazdy albo atmosfery planet. W przypadku Janusa otrzymany wynik był potężną niespodzianką. Okazało się, że jego połowa składa się z wodoru, a druga z helu.  

Czy gdybyśmy mogli spojrzeć na tę gwiazdę z bliska, bylibyśmy w stanie dostrzec różnicę? Zdaniem badaczy – tak. Wodorowa połówka Janusa jest gładka, natomiast połówka helowa – gąbczasta, jakby złożona z bąbelków. 

Jak powstała gwiazda o dwóch obliczach? 

Wyjaśnienie, jak doszło do postania gwiazdy takiej jak Janus, nie jest proste. Zdarza się, że białe karły przechodzą przemianę. Gdy się ochładzają, cięższe pierwiastki – w tym przypadku hel – przesuwają się z jądra bliżej powierzchni, mieszając się z tworzącymi ją resztkami wodoru. Janus może być w trakcie takiej przemiany, uważają badacze. To jednak nie wyjaśnia, dlaczego miałaby zachodzić tylko w połowie gwiazdy.  

Zdaniem naukowców, może to być efekt niesymetrycznego pola magnetycznego Janusa. Jeśli jest silniejsze z jednej strony, może ograniczać przedostawanie się na powierzchnię helu z jądra gwiazdy. Ta połowa gwiazdy byłaby więc wodorowa. Z drugiej strony zaś opisany wyżej proces zachodzi swobodnie, co sprawia, że drugie „oblicze” Janusa jest helowe. 

– Nie wiemy, czy te teorie są poprawne – przyznaje James Fuller, profesor astrofizyki z Caltechu i współautor pracy. – Jednak nie przychodzi nam do głowy, jak można by wyjaśnić odmienność dwóch stron tej gwiazdy bez odwołania się do pól magnetycznych – dodaje badacz. 

Źródło: Phys.org, Nature, Guardian