Gandalf – Władca Półpierścieni. Astronomowie odkryli nową, zagadkową klasę gwiazd

Białe karły są ostatnim etapem w ewolucji gwiazd o masie mniejszej niż około 8–10 mas Słońca. Takie gwiazdy wyczerpują swoje paliwo jądrowe, opuszczają ciąg główny i zrzucają swoje zewnętrzne warstwy w przestrzeń kosmiczną. Pozostaje po nich niezwykle gęsty obiekt. Ponieważ gwiazdy często występują w układach podwójnych, białe karły również. W takich wypadkach dochodzi do aktów gwiezdnego kanibalizmu. Gęstszy biały karzeł zasysa materię ze swojego towarzysza. Jego masa rośnie i zbliża się do granicy stabilności. Jeśli ją przekroczy, dochodzi do gwałtownej reakcji termojądrowej, gwiazda eksploduje i nie pozostaje po niej nic. Jest to tak zwana supernowa typu Ia.

Samotny biały karzeł

Nawet jeśli nie dojdzie do eksplozji, akrecja materii generuje promieniowanie rentgenowskie – swego rodzaju „podpis” białego karła. W 2021 roku astronomowie wykryli białego karła bez towarzysza, który jednak emitował charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie. Nazwano go „Moon-Sized” (o rozmiarze Księżyca), ponieważ ma wielkość zbliżoną do naszego Księżyca. Posiada on również inne niezwykłe cechy, takie jak szybka rotacja i bardzo silne pole magnetyczne — co nie jest typowe dla białych karłów.

Niedawno naukowcy z zespołu Ilarii Caiazzo z Instytutu Nauki i Technologii w Austrii potwierdzili emisję promieniowania rentgenowskiego nie w jednym, lecz w dwóch izolowanych obiektach nazwanych Gandalf i właśnie Moon-Sized. Oba są silnie magnetyczne i szybko rotujące, a ponieważ powstały w wyniku gwałtownych kosmicznych zderzeń, określa się je jako „pozostałości po zderzeniu”. Emitując promieniowanie rentgenowskie mimo braku towarzysza, tworzą nową klasę obiektów.

Półpierścień materii

Gandalf nie jest zupełnie nowym odkryciem. Dr Ilaria Caiazzo zaobserwowała go po raz pierwszy podczas badań podoktorskich i sklasyfikowała jako interesujący obiekt ze względu na sygnały wskazujące na obecność materii wokół niego. Widma emisji wodoru zmieniające się między dwoma maksimami podczas sześciominutowej rotacji wskazują na półpierścień materii krążącej wokół gwiazdy.

– Początkowo sądziliśmy, że to układ podwójny. Przy tak silnym polu magnetycznym rotacja powinna być zsynchronizowana z orbitą towarzysza, podobnie jak rotacja Ziemi z orbitą Księżyca. Jednak najszybszy znany okres orbitalny wynosi 80 minut, podczas gdy Gandalf obraca się w zaledwie 6 minut – komentuje kierujący badaniami dr Andrei Cristea. Dodaje, że gdyby Gandalf był w układzie podwójnym, byłby skrajnie niesynchronizowany, co czyniłoby go jeszcze bardziej zagadkowym. – Jednak nigdy nie znaleźliśmy jego towarzysza. Skąd więc pochodzi materia okołogwiazdowa?

Niesymetryczne pole magnetyczne

W trakcie obserwacji naukowcy odkryli widma wodoru z podwójnym maksimum, przypominającym kocie uszy. – Zwykle oznacza to obecność dysku materii wokół pozostałości po zderzeniu. Jednak dokładniejsza analiza pokazała, że sygnał zmienia się między dwoma maksimami w rytmie rotacji. Wskazuje to na obecność półpierścienia materii, zjawiska wcześniej niespotykanego w białych karłach – podkreśla ekspert.

Zespół sugeruje, że aby materia mogła być utrzymywana w takiej asymetrycznej strukturze, obiekt musi mieć silne i niesymetryczne pole magnetyczne. Zaproponowano kilka scenariuszy wyjaśniających tę kwestię.

• W pierwszym scenariuszu silnie namagnesowana gwiazda mogłaby obracać się na tyle szybko, że generuje potężną siłę zdolną do wyrzucania materii z samej siebie. Taki scenariusz wypływu jest już znany w przypadku silnie magnetycznych gwiazd neutronowych zwanych pulsarami, choć nigdy nie został jeszcze zamodelowany dla pozostałości białego karła.
• Drugi scenariusz zakłada, że część materii pozostałej po zderzeniu nie została wchłonięta i krąży wokół gwiazdy po wydłużonej orbicie, stopniowo opadając na nią przez setki milionów lat.
• W trzecim scenariuszu źródłem materii miałoby być otoczenie — np. planetoidy lub fragmenty planet spadające na białego karła. Choć Gandalf wykazuje ślady takiego „zanieczyszczenia”, nie widać ich u starszego Moon-Sized, a sam mechanizm nie tłumaczy emisji promieniowania rentgenowskiego w obu przypadkach.

– Dwa już zidentyfikowane przez nas obiekty mają wiele podobieństw, ale także różnice. Odnalezienie większej liczby takich pozostałości pomoże nam wykluczyć niektóre scenariusze i być może odkryć zupełnie inne wyjaśnienia – podsumowuje Aayush Desai z Instytutu Nauki i Technologii w Austrii.

Źródło: Astronomy & Astrophysics

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.