Jesteśmy świadkami śmierci jednej z największych gwiazd? Astronomowie zauważyli nietypowe sygnały

Ewolucję gwiazdy można porównać do ludzkiego życia. Tak samo jak noworodek, który przychodzi na świat, gwiazda rodzi się w obłoku gazu i zaczyna „oddychać” dzięki fuzji jądrowej. Następnie przez większość życia to ciało niebieskie pozostaje stabilne, równoważąc ciśnienie promieniowania siłą grawitacji. Zaczyna umierać, gdy paliwo wodorowe się wyczerpuje, podobnie jak człowieka opuszczają siły witalne. Różnica jest taka, że u ludzi długość życia zależy od biologii i środowiska, a u gwiazd niemal wszystko determinuje masa – im jest większa, tym szybciej ciało niebieskie umiera.

Czym jest śmierć gwiazdy?

Jednak w wymiarze ziemskim śmierć jest najczęściej postrzegana jako zjawisko nagłe, w przypadku gwiazd jest to proces trwający miliardy lat, często znacznie przekraczający istnienie naszej planety. Ponadto koniec takiego ciała niebieskiego to początek życia innych obiektów we Wszechświecie. W pewnym uproszeniu można powiedzieć, że kresem masywnej gwiazdy jest eksplozja supernowej. To jedno z najpotężniejszych zjawisk w całym kosmosie. Podczas wybuchu powstają ciężkie pierwiastki, m.in. żelazo, złoto, czy uran, które później tworzą planety i nowe życie. To właśnie z materii po dawnych supernowych powstała Ziemia.

Najnowsze badanie opublikowane właśnie na łamach czasopisma naukowego „Nature Astronomy” wykazało, że możemy być świadkami umierania jednej z największych znanych nam gwiazd. Chodzi o WOH G64. To czerwony hiperolbrzym znajdujący się w Wielkim Obłoku Magellana w odległości około 168 tys. lat świetlnych od Układu Słonecznego. Jego promień jest o ok. 1540 razy większy niż promień Słońca, czyli ma nieco ponad miliard kilometrów. Gdyby umieścić tego kolosa w centrum naszego układu gwiezdnego, sięgałby po orbitę Jowisza.

„Czerwone nadolbrzymy to chłodne, masywne gwiazdy, które znajdują się w końcowej, krótkotrwałej i niestabilnej fazie ewolucji, tuż przed eksplozją jako supernowe. Jednak ich los wciąż pozostaje niejasny” – napisali we wstępie swojej pracy badacze z Grecji, Chile, ale także z Polski. Współautorami są bowiem Andrzej Udalski i Igor Soszyński z Uniwersytetu Warszawskiego.

Czy WOH G64 zmienia się w żółtego hiperolbrzyma?

Naukowcy wskazują, że od lat 80. XX wieku WOH G64 jest uważana za najbardziej ekstremalnego czerwonego nadolbrzyma w Wielkim Obłoku Magellana. To przede wszystkim ze względu na swoje duże zaciemnienie, wyjątkowy rozmiar, jasność i tempo utraty masy. W ostatnich latach stało się jednak coś zaskakującego. Doszło do nagłej, ale też płynnej zmiany widocznej natury gwiazdy.

„Fotometria szeregów czasowych i późniejsza spektroskopia ujawniają ekstremalną zmianę w optycznych cechach widmowych. Uważamy, że zmiany zachodzące w WOH G64 przypominają przejście z czerwonego nadolbrzyma w rzadki etap żółtego hiperolbrzyma” – twierdzą naukowcy. Tę transformację można wyjaśnić na dwa sposoby. Albo częściowym wyrzuceniem pseudoatmosfery podczas fazy wspólnej otoczki (krytycznego, krótkiego etapu ewolucji), albo powrotem do stanu spoczynku po niezwykłej erupcji trwającej ponad 30 lat.

W układzie podwójnym dochodzi do nietypowych zmian

Żółty hiperolbrzym to jedna z najrzadszych i najbardziej niestabilnych faz w życiu bardzo masywnej gwiazdy. Wówczas ciało niebieskie jest ekstremalnie jasne, bardzo gorące, ale też gwałtownie traci masę. To właściwie etap przejściowy tuż przed przejściem w supernową. Po raz pierwszy ta transformacja została uchwycona w 2013 i 2014 roku, ale wówczas nie było jasne, co te nietypowe sygnały mogą oznaczać.

Najnowsza analiza wykazała, że zmiany te obejmowały wzrost temperatury, zmniejszenie rozmiaru do około 800 promieni Słońca oraz zmiany w składzie chemicznym atmosfery. Badacze zidentyfikowali także gorącą gwiazdę towarzyszącą w układzie podwójnym. Równolegle odbywały się jednak badania innego zespołu naukowców. Jacco van Loon z Uniwersytetu Keele w Wielkiej Brytanii i Keiichi Ohnaka z Universidad Andrés Bello w Chile prowadzili obserwacje za pomocą Południowoafrykańskiego Dużego Teleskopu (SALT). Doszli do wniosku, że kolosalna gwiazda z Wielkiego Obłoku Magellana mogła nigdy nie przestać być czerwonym nadolbrzymem.

Dwie różne interpretacje

Swoje wnioski opisali w ubiegłym miesiącu na łamach „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. Naukowcy stwierdzili, że atmosferze WOH G64 odkryli tlenek tytanu. Związek ten tworzy się i pozostaje w widocznej atmosferze gwiazdy tylko wtedy, gdy powierzchnia jest stosunkowo chłodna, typowa dla czerwonych nadolbrzymów. To oznacza, że żółty hiperolbrzym jest zbyt gorący, aby mógł wciąż występować tam tlenek tytanu.

– Uważa się, że WOH G64 przekształcił się w żółtego hiperolbrzyma, co może sygnalizować ewolucję przed supernową. Jednak nasze nowe badanie uzyskane za pomocą SALT pokazują obecność gorącego towarzysza w układzie podwójnym, ale także wyraźne pasma absorpcji molekularnej tlenku tytanu – mówi van Loon i twierdzi, że WOH G64 jest wciąż czerwonym nadolbrzymem.

To wszystko oznacza jednak, że z gwiazdą coś się dzieje, ale na razie nie wiadomo dokładnie, jak to zinterpretować. Interakcje między dwiema gwiazdami w układzie podwójnym mogły nieco namieszać w otaczającym je środowisku, powodując zmiany, które mogą przypominać ewolucję ciała niebieskiego, ale niekoniecznie nią być. Pewne jest jedno. Potrzebna jest dalsza obserwacja WOH G64, bo może w przyszłości dostarczy nam kluczowych informacji o śmierci gwiazd.

Źródło: Nature Astronomy

Nasz autor

Jakub Rybski

Dziennikarz i reporter, miłośnik kina niezależnego, literatury, ramenu, motocykli i dobrego rocka. Wcześniej związany z telewizją TVN24, obecnie pracuje w RMF FM. W National-Geographic.pl pisze regularnie o historii, nauce i przyrodzie. Publikował m.in. w „Viva! Man” i National Geographic Traveler”.