Międzynarodowy zespół naukowców, przy udziale astronomów z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, odkrył nieznane dotąd mechanizmy produkcji promieniowania rentgenowskiego w tzw. gwiazdach kataklizmicznych. Badania te mogą również zmienić sposób dokonywania pomiarów tempa ekspansji Wszechświata.
Astronomowie wykryli jasny rozbłysk promieniowania rentgenowskiego pochodzący z gwiazdy znajdującej się w Małym Obłoku Magellana, pobliskiej galaktyce oddalonej o prawie 200 000 lat świetlnych od Ziemi. Połączenie danych rentgenowskich i optycznych wskazuje, że źródłem tego promieniowania jest biały karzeł, który może być najszybciej rosnącym białym karłem, jaki kiedykolwiek zaobserwowano.
Nowe analizy opracowane w oparciu o dane obserwacyjne pozyskane za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra i Obserwatorium Swift wskazały na charakterystyczną emisję promieniowania rentgenowskiego z układu podwójnego zawierającego białego karła o nazwie ASASSN-16oh.
W przeciwieństwie do naszego Słońca, większość gwiazd, w tym także bardzo gęste białe karły, nie istnieją w izolacji, ale zamiast tego są częścią par. To tzw. układy podwójne. Tak też jest w przypadku ASASSN-16oh. To w rzeczywistości układ białego karła oraz czerwonego olbrzyma. Jeśli gwiazdy są wystarczająco blisko siebie, większa grawitacja białego karła może powodować przepływ materii od towarzyszki.
Astronomowie wykryli bardzo jasną emisję promieniowania rentgenowskiego Odkrycie obejmuje emisję tzw. miękkiego promieniowania rentgenowskiego – promieniowania o najniższych energiach, które jest wytwarzane przez gaz w temperaturach rzędu kilkuset tysięcy stopni. Natomiast zaobserwowana emisja dużych ilości promieniowania musiał powstać w temperaturach rzędu milionów stopni. Emisja promieniowania rentgenowskiego z ASASSN-16oh jest znacznie jaśniejsza niż miękkie promieniowanie rentgenowskie wytwarzane przez atmosfery normalnych gwiazd. Naukowcy umieścili je w specjalnej kategorii supermiękkiego źródła promieniowania rentgenowskiego.
Przez lata astronomowie sądzili, że supermiękkie promieniowanie rentgenowskie z powierzchni białych karłów powstaje w wyniku fuzji jądrowej materiału podkradzionego towarzyszącej gwieździe. Gdy biały karzeł zgromadzi dostatecznie dużo gazu i stanie się on wystarczająco gorący, rozpoczynają się w nim reakcje termojądrowe i cała powierzchnia gwiazdy wybucha. Ale obserwacje ASASSN-16oh wykluczają tak gwałtowną eksplozję.
Jeśli fuzja jądrowa byłaby przyczyną supermiękkich promieni rentgenowskich z ASASSN-16oh, wówczas astronomowie powinni zobaczyć eksplozję, a emisja powinna pochodzić z całej powierzchni białego karła. Jednak światło nie wzrasta wystarczająco szybko, aby wskazywać na wybuch, a dane Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra pokazują, że emisja pochodzi z niewielkiego fragmentu powierzchni białego karła.
Odkrycie nowego mechanizmu produkcji promieniowania rentgenowskiego zostało opublikowane na łamach „Nature Astronomy”. W skład międzynarodowego zespołu naukowców, który stoi za publikacją, wchodzą również astronomowie z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego.
Obserwacje poczynione przez naukowcy dostarczają silnych argumentów przeciwko fuzji, która mogłaby być źródłem emisji. Autorzy publikacji przedstawili inny scenariusz. Podobnie jak w przypadku warunków potrzebnych do zajścia reakcji fuzji na białym karle, wypalona gwiazda pobiera gaz od gwiazdy towarzyszącej, czerwonego olbrzyma. W procesie zwanym akrecją, gaz jest wciągany na duży dysk otaczający białego karła i staje się gorętszy. Następnie opada na gwiazdę wytwarzając promienie rentgenowskie w miejscu, gdzie styka się z gwiazdą. Tempo przepływu materii z jednej gwiazdy na drugą nie jest stabilne. Kiedy materiał zacznie szybciej opadać, jasność systemu będzie gwałtownie rosnąć.
- W przeszłości supermiękkie źródła były kojarzone z fuzją jądrową na powierzchni białych karłów - powiedział główny autor publikacji Tom Maccarone, profesor Texas Tech University. Ale nowe odkrycie pokazuje, że istnieją dwa rodzaje produkcji miękkiego promieniowania rentgenowskiego: reakcje syntezy termojądrowej i akrecja.
- Nasz wynik jest sprzeczny z konsensusem co do tego, jak emitowane jest supermiękkie promieniowanie rentgenowskie z białych karłów - powiedział współautor Thomas Nelson z University of Pittsburgh. - Teraz wiemy, że promieniowanie rentgenowskie można wytworzyć na dwa różne sposoby: przez syntezę jądrową lub przez akrecję materii pochodzącej od towarzysza – dodał.
Ale odkrycia te mogą się również przyczynić do lepszego zrozumienia ekspansji Wszechświata. W takim układzie, jak ASASSN-16oh, biały karzeł może nadal zyskiwać masę, co skończy się supernową typu Ia. A takie wydarzenia wykorzystuje się właśnie do pomiarów rozszerzania się Wszechświata, ponieważ uważa się, że ich moc promieniowania jest stała – mierząc obserwowaną jasność supernowej można zmierzyć odległość do macierzystej galaktyki.
Przypuszcza się, że supernowe typu Ia powstają w wyniku wybuchów białych karłów, jednak mechanizm eksplozji i ich pochodzenie nie są dobrze zrozumiane i nie wiadomo czy supernowe powstałe w najstarszych galaktykach wyglądają tak samo jak te obecne. Odkrycie okazuje, że układy biały karzeł-czerwony olbrzym, podobne do ASASSN-16oh, mogą stać się w przyszłości supernowymi typu Ia.
Źródło: NASA, Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego, fot. NASA/CXC/M.Weiss
