Wystarczy tu wziąć pod uwagę układ, w którym dwie gwiazdy danego układu mają odmienną masę, a tym samym starzeją się w różnym tempie. W miarę jak jedna z gwiazd dojrzewa, może przejmować materię od swojego towarzysza, doprowadzając do eksplozji supernowych, nowych, czy też do emisji promieniowania rentgenowskiego. Jednym z najmniej poznanych etapów życia takich układów jest tzw. faza wspólnej otoczki — i to właśnie ona stanowi centrum najnowszego odkrycia.
W ramach badań prowadzonych przez zespół chińskich astronomów, kierowany przez Hana Jinlina z Narodowych Obserwatoriów Astronomicznych Chin, zaobserwowano niezwykły przypadek pulsara poruszającego się w zewnętrznych warstwach swojej gwiazdy towarzyszącej. Wyniki obserwacji opublikowane na łamach periodyku naukowego Science, dostarczają długo wyczekiwanych dowodów obserwacyjnych na istnienie tej dynamicznej i krótkotrwałej fazy ewolucji układów podwójnych.
Czytaj także: W tym układzie kryje się coś zaskakującego. Ciemny obiekt ma zdumiewająco wysoką masę
Omawiany obiekt skatalogowany pod numerem PSR J1928+1815, to nic innego jak szybko rotująca, silnie namagnesowana gwiazda neutronowa, która emituje wiązki promieniowania elektromagnetycznego z okolic swoich biegunów magnetycznych. Jeśli takie wiązki przecinają linię widzenia Ziemi, obserwujemy je jako regularne impulsy fal radiowych, promieni X lub gamma. Mimo że w naszej galaktyce znanych jest niemal 3500 pulsarów, ten konkretny przypadek różni się od wszystkich wcześniej obserwowanych.
Ów pulsar znajduje się stosunkowo blisko nas, bo około 455 lat świetlnych od Ziemi. To, co czyni go wyjątkowym, to fakt, że jego sygnał jest okresowo zakłócany przez materię gwiazdy towarzyszącej, co wskazuje, że pulsar porusza się wewnątrz rozszerzonej atmosfery swojego gwiezdnego towarzysza. To pierwszy znany przypadek, gdy pulsar porusza się w zewnętrznych warstwach innej gwiazdy. Warto tutaj podkreślić, że taką konfigurację przewidywano teoretycznie już od dawna. Dopiero teraz jednak udało się taki układ zarejestrować obserwacyjnie.
Zjawisko to stanowi ilustrację tzw. fazy wspólnej otoczki (ang. common envelope phase), w której najpierw masywniejsza gwiazda w układzie kończy swoje życie, stając się gwiazdą neutronową lub czarną dziurą.
W tym czasie jej mniej masywny towarzysz zaczyna dopiero się rozszerzać przechodząc w fazę czerwonego olbrzyma. Zewnętrzne warstwy tej drugiej gwiazdy zostają przejęte przez grawitację układu, tworząc wspólną, gazową otoczkę, która otacza obie gwiazdy. Wewnątrz tej osłony dochodzi do intensywnego oddziaływania między obiektami — gęsta materia poprzez tarcie spowalnia ich ruch orbitalny, prowadząc do zacieśnienia orbity i wyrzucania nadmiaru gazu w przestrzeń międzygwiazdową. Cały proces trwa zaledwie około tysiąca lat. Właśnie dlatego tak trudno trafić na układ tego typu. W skali trwającego miliardy lat życia gwiazd tworzących układ, fazę wspólnej otoczki gazowej można obserwować zaledwie przez tysiąc lat. W skali kosmicznej to jak mgnienie oka.
Z biegiem czasu pulsar, dzięki swojej ogromnej energii, rozprasza gazową otoczkę i odsłania pozostałości swojego towarzysza — najczęściej zredukowaną do spalającego hel jądra gwiazdę, która pozostaje na ciasnej orbicie wokół gwiazdy neutronowej. Takie układy mogą w przyszłości prowadzić do jeszcze bardziej spektakularnych zjawisk, takich jak emisja fal grawitacyjnych podczas zderzenia dwóch obiektów kompaktowych.
Czytaj także: Naukowcy rozwiązali zagadkę stabilnych sfer Dysona. Jest jeden warunek
Przełomowe odkrycie było możliwe dzięki teleskopowi FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope). Znajdujący się w chińskiej prowincji Guizhou, FAST to największy na świecie radioteleskop z pojedynczą czaszą. Jego 500-metrowa antena, składająca się z ponad 4400 ruchomych paneli, pozwala na wykrywanie niezwykle słabych emisji radiowych z odległych zakątków kosmosu. Teleskop działa od 2020 roku i od 2021 jest dostępny również dla badaczy z całego świata.
Układ PSR J1928+1815 dostarcza cennych danych wspierających istniejące modele ewolucji układów podwójnych, szczególnie w kontekście transferu masy, ewolucji orbitalnej i mechanizmów usuwania otoczki gazowej. Zrozumienie tych procesów pozwoli nam nie tylko lepiej przewidywać przyszłość podobnych układów podwójnych, ale również wyjaśniać pochodzenie niektórych fal grawitacyjnych rejestrowanych przez naziemne detektory.