FU Orionis – gwiazda, która pożera swój dysk protoplanetarny

Jasność FU Orionis stopniowo spada od momentu gwałtownego rozbłysku w 1936 roku. Naukowcy odkryli, że jasność spadła o 13 procent w zakresie bliskiej podczerwieni w okresie od 2004 (po lewej) do 2016 (po prawej). Źródło: NASA/JPL-Caltech
Jasność FU Orionis stopniowo spada od momentu gwałtownego rozbłysku w 1936 roku. Naukowcy odkryli, że jasność spadła o 13 procent w zakresie bliskiej podczerwieni w okresie od 2004 (po lewej) do 2016 (po prawej). Źródło: NASA/JPL-Caltech

W 1936 roku młoda gwiazda FU Orionis rozpoczęła gwałtowne pożeranie materii z otaczającego jej dysku gazu i pyłu. W trakcie trwającej trzy miesiące uczty, podczas której materia zamieniała się w energię, gwiazda stała się 100-krotnie jaśniejsza nagrzewając dysk do temperatury około 7000K. Do dnia dzisiejszego FU Orionis pożera gaz z otoczenia, aczkolwiek już nie tak gwałtownie.

Powyższe pojaśnienie gwiazdy jest jak dotąd najbardziej ekstremalnym zjawiskiem tego typu zaobserwowanym wokół gwiazdy o rozmiarach Słońca – obserwacje tego zjawiska mogą nieść wiele wskazówek dotyczących procesów formowania gwiazd i planet. Intensywne ogrzewanie otaczającego gwiazdę dysku najprawdopodobniej zmieniło jego skład chemiczny, na stałe zmieniając materię, z której w przyszłości mogą powstać planety.

„Badając FU Orionis obserwujemy bardzo wczesny okres rozwoju układu planetarnego,” mówi Joel Green, główny badacz projektu z Space Telescope Science Institute w Baltimore, w stanie Maryland. „Nasze Słońce także mogło przechodzić przez taki okres pojaśnienia, który mógł stanowić istotny etap formowania się Ziemi i innych planet Układu Słonecznego.”

Obserwacje w zakresie promieniowania widzialnego gwiazdy FU Orionis, znajdującej się około 1500 lat świetlnych od Ziemi w kierunku Gwiazdozbioru Oriona, pozwoliły astronomom dostrzec, że wyjątkowa jasność gwiazdy zaczęła spadać po wstępnym rozbłysku w 1936 roku. Jednak Green wraz ze współpracownikami chciał dowiedzieć się więcej o związku między gwiazdą, a otaczającym ją dyskiem. Czy gwiazda karmi się dyskiem? Czy jej skład chemiczny ulega zmianom? Kiedy jasność gwiazdy powróci do poziomu sprzed rozbłysku?

Aby odpowiedzieć na te pytania naukowcy zmuszeni byli obserwować jasność gwiazd w zakresie promieniowania podczerwonego pozwalającego na pomiary temperatury.

Green wraz z zespołem porównał dane w podczerwieni uzyskane w 2016 roku za pomocą obserwatorium SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) z obserwacjami wykonanymi za pomocą Kosmicznego Teleskopu Spitzer w 2004 roku.

„Połączenie danych zebranych za pomocą dwóch różnych teleskopów w odstępie 12 lat pozwoliło nam  na zaobserwowanie zmienności zachowania gwiazdy w czasie,” mówi Green. Opracowanie wyników zostało zaprezentowane wczoraj podczas spotkania American Astronomical Society w San Diego.

Wykorzystując dane zebrane w podczerwieni oraz inne dane historyczne, naukowcy odkryli, że FU Orionis wciąż kontynuuje pochłanianie materii z dysku po początkowym rozbłysku z 1936 roku. W ciągu ostatnich 80 lat gwiazda pochłonęła materię o masie około 18 Jowiszów.

Najnowsze pomiary wykonane za pomocą obserwatorium SOFIA pozwoliły badaczom określić, że łączna ilość  promieniowania w zakresie widzialnym i podczerwonym emitowanego przez FU Orionis spadła o 14 procent w ciągu 12 lat od obserwacji wykonanych za pomocą Kosmicznego Teleskopu Spitzer. Naukowcom udało się określić, że ten spadek intensywności promieniowania spowodowany jest spadkiem jasności w zakresie bliskiej podczerwieni. W dalszej podczerwieni spadek jasności nie był aż taki duży. Oznacza to, że zniknęło nawet 14 procent gorącej materii dysku, a chłodniejsza część dysku wciąż krąży wokół gwiazdy.

„Spadek ilości gorącego gazu oznacza, że gwiazda pożera najbardziej wewnętrzną część dysku, podczas gdy reszta dysku pozostaje niezmieniona od 12 lat,” mówi Green. „Takie wyniki są zgodne z modelami komputerowymi.”

Astronomowie przewidują, po części w oparciu o nowe wyniki, że FU Orionis wyczerpie zapasy gorącej materii w ciągu kilkuset najbliższych lat. Gdy już tak się stanie, gwiazda powróci do stanu sprzed rozbłysku z 1936 roku.

Gdyby nasze Słońce też przechodziło takie okresy pojaśnienia jak FU Orionis w 1936 roku, mogłoby to tłumaczyć różne obfitości niektórych pierwiastków na Marsie i na Ziemi. Gwałtowny, stukrotny wzrost jasności byłby w stanie zmienić skład chemiczny materii znajdującej się blisko gwiazdy. Z uwagi na fakt, że Mars znajduje się dalej od Słońca niż Ziemia, materia na jego powierzchni nie zostałaby aż tak podgrzana jak materia na Ziemi.

FU Orionis to prawdziwy noworodek wśród gwiazd – jej wiek szacuje się na zaledwie kilkaset tysięcy lat. 80-letni okres pojaśnienia i spadku jasności trwający od 1936 roku stanowi niewielką część dotychczasowego życia gwiazdy – szczęśliwie ma on miejsce w czasie kiedy astronomowie mogą obserwować całe zjawisko.

„To naprawdę niesamowite, że cały dysk protoplanetarny może ulec tak istotnym zmianom, w tak krótkim czasie,” mówi Luisa Rebull, współautor artykułu i badacz z Infrared Processing and Analysis Center (IPAC) z Caltech w Pasadenie.

Źródło: