Ten wirujący biały karzeł wkrótce eksploduje. Może zrewolucjonizować naszą wiedzę o supernowych

Gwiazdy podobne do Słońca kończą swoje życie dość spokojnie. Nie ma w ich przypadku mowy o spektakularnej eksplozji supernowej, która jest domeną gwiazd o masie co najmniej osiem razy większej od Słońca. Zamiast tego, przechodzi ona najpierw w stadium czerwonego olbrzyma, powiększając kilkusetkrotnie swoje rozmiary, następnie jej zewnętrzne otoczki odrywają się od gwiazdy i tworzą istniejącą kilkaset tysięcy lat mgławicę planetarną, a po dawnej gwieździe pozostanie jedynie coś, co wcześniej było jej jądrem, gorący biały karzeł, który następnie stygnie przez dziesiątki miliardów lat. Czy to jednak naprawdę musi być koniec spektakularnego życia?
Ten wirujący biały karzeł wkrótce eksploduje. Może zrewolucjonizować naszą wiedzę o supernowych

Odpowiedź na to pytanie brzmi: niekoniecznie. Wyobraźmy sobie, że owa gwiazda podobna do Słońca jest jednym ze składników układu podwójnego, w którym dwie gwiazdy krążą wokół wspólnego środka masy. Jedna z gwiazd przechodzi w stadium białego karła i nadal krąży w układzie z drugą gwiazdą ciągu głównego. W odpowiednich warunkach, gdy druga gwiazda przejdzie w stadium czerwonego olbrzyma, a jej zewnętrzne otoczki będą znacznie mniej związane grawitacyjnie z gwiazdą, najbardziej zewnętrzna warstwa gazu może zacząć opadać na powierzchnię białego karła.

Za ciężki biały karzeł eksploduje. Zawsze w tym samym momencie

Taka sytuacja sprawia, że masa białego karła zaczyna rosnąć. Sytuacja jest stabilna do czasu, kiedy masa karła nie osiągnie równowartości 1,44 masy Słońca. W tym momencie, po przekroczeniu tzw. granicy Chandrasekhara warunki na powierzchni karła prowadzą do rozpoczęcia reakcji termojądrowych i eksplozji supernowej typu Ia. Okazuje się zatem, że biały karzeł może mieć po śmierci własnej gwiazdy jeszcze moment spektakularnego rozbłysku.

Czytaj także: Istnieje trzeci rodzaj supernowych – twierdzą uczeni. To wyjaśnia zagadkę z 1054 r.

Zespół naukowców z Instytutu Maxa Plancka w Garching w Niemczech opisał w najnowszym artykule naukowym układ podwójny składający się z czerwonego olbrzyma oraz białego karła. Układ ten emitował zaskakującą ilość supermiękkich promieni rentgenowskich. Owe promieniowanie emitowane jest w procesie fuzji na powierzchni białego karła. Co jest nietypowe w tym konkretnym przypadku to gaz, który spalany jest na powierzchni białego karła.

ESO’s VISTA telescope reveals a remarkable image of the Large Magellanic Cloud, one of our nearest galactic neighbours. VISTA has been surveying this galaxy and its sibling the Small Magellanic Cloud, as well as their surroundings, in unprecedented detail. This survey allows astronomers to observe a large number of stars, opening up new opportunities to study stellar evolution, galactic dynamics, and variable stars.

Biały karzeł spala hel, a nie wodór na swojej powierzchni. Jasność układu wskazuje, że masa białego karła rośnie bardzo powoli, de facto wolniej niż uważano to za możliwe.

Pod koniec XX wieku za pomocą satelity ROSAT astronomowie odkryli pierwsze źródła miękkiego promieniowania rentgenowskiego, na powierzchni których spalany był wodór. Naukowcy uznali wtedy, że to właśnie takie układy prowadzą do eksplozji supernowych typu Ia. W tej teorii był tylko jeden problem: o ile w układach tych spalany był wodór, to w supernowych typu Ia wodoru nie ma w ogóle.

Czytaj także: 1800 lat temu astronomowie zauważyli potężną eksplozję. Teraz supernowa została uwieczniona ze szczegółami

Alternatywą zatem od tego czasu były układy podwójne, w których na białego karła opada nie wodór a hel i to on się spala na jego powierzchni. Tutaj z kolei problemem był brak potwierdzenia obserwacyjnego, że takie obiekty w ogóle istnieją. Teraz jednak to się zmieniło.

Pierwszy biały karzeł z otoczką helową

Co ciekawe, obiekt ten [HP99] 159 jest znany astronomom od dekad. Na przestrzeni wielu lat emitowane przez niego promieniowanie rentgenowskie obserwowały satelity ROSAT, XMM-Newton, a teraz także eROSITA. Co więcej, naukowcom udało się połączyć teraz źródło promieniowania rentgenowskiego z jego odpowiednikiem w zakresie optycznym. Okazało się, że jest to układ podwójny zlokalizowany w pobliskiej galaktyce karłowatej – Wielkim Obłoku Magellana. Najciekawsze jest jednak to, że w widmie tego obiektu dominuje hel.

Czy zatem mamy do czynienia z prawdziwym obiektem, który za jakiś czas eksploduje jako supernowa typu Ia? Najkrótsza odpowiedź na to pytanie brzmi: to skomplikowane. Standardowe supernowe typu Ia nie mają aż tak dużo helu ile byłoby po teoretycznym wybuchu układu [HP99] 159. Astronomowie jednak jednocześnie zauważają, że istnieje niewielka grupa supernowych, tzw. supernowych typu Iax, które są nieco mniej spektakularne i wyrzucają w przestrzeń mniej helu.

Okazuje się, że [HP99 159 może właśnie zmierzać do dokładnie takiej eksplozji. Co więcej, szczegółowa analiza promieniowania rentgenowskiego pozwoliła ustalić, że stabilne spalanie helu na powierzchni karła możliwe jest dzięki jego wysokiej prędkości obrotowej. To z kolei oznacza, że jest to obiekt, który może za jakiś czas eksplodować jako supernowa typu Iax. Po raz pierwszy mielibyśmy okazję obserwować i przeanalizować obiekt tego typu przed eksplozją, a następnie porównać z tym jak wygląda sama eksplozja. Póki co jednak badacze korzystają z satelity eROSITA do poszukiwania powolnych układów w obu Obłokach Magellana krążących wokół naszej galaktyki.