NASA bada zagadkową gwiazdę skrywającą swój wiek

nasateamprob

Od lat astronomowie próbują odgadnąć tajemnicę masywnej gwiazdy ukrytej głęboko w Drodze Mlecznej i wskazującej oznaki bycia ekstremalnie starą i ekstremalnie młodą gwiazdą.

Początkowo naukowcy zaklasyfikowali gwiazdę jako bardzo starego czerwonego superolbrzyma. Nowe badania przeprowadzone przez zespół naukowców z NASA wskazują jednak, że obiekt oznaczony jako IRAS 19312+1950 może być czymś zupełnie innym – protogwiazdą, dopiero powstającą gwiazdą.

„Astronomowie uznali ten obiekt za ciekawy w okolicach 2000 roku i od tego czasu starają się określić jego miejsce na ścieżce ewolucyjnej,” mówi Martin Cordiner, astrochemik z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland. Jest on głównym autorem artykułu opublikowanego w periodyku Astrophysical Journal opisującego odkrycia zespołu na podstawie danych z Kosmicznego Teleskopu Spitzera i Kosmicznego Obserwatorium Herschela.

Znajdujący się ponad 12 000 lat świetlnych od Ziemi, obiekt ten po raz pierwszy zwrócił uwagę naukowców podczas obserwacji na określonych falach radiowych. Kilka zespołów astronomów badało go za pomocą teleskopów naziemnych i doszło do wniosku, że jest to bogata w tlen gwiazda o masie 10 mas Słońca. Pytanie jednak pozostało otwarte: jaka to gwiazda?

Niektórzy badacze skłaniali się ku teorii, że jest to gwiazda wyewoluowana – która już przeszła przez połowę swojego cyklu ewolucyjnego. Przez większą część swojego życia gwiazdy uzyskują energię w procesach fuzji wodoru w swoich jądrach, takich jakie zachodzą teraz w Słońcu. Jednak starsze gwiazdy, które zużyły już większość swojego wodoru muszą polegać na cięższych pierwiastkach, których fuzja nie trwa już tak długo i prowadzi do szybkiego pogorszenia sytuacji.

Dwie wczesne wskazówki – intensywne radioźródła zwane maserami – wskazywały, że gwiazda jest stara. W astronomii masery pojawiają się gdy cząsteczki określonych gazów uzyskują duże ilości energii i emitują duże ilości promieniowania w pewnym, bardzo wąskim zakresie częstotliwości. Wynikiem jest powstanie silnego sygnału radiowego – mikrofalowego odpowiednika lasera.

Jeden z maserów obserwowanych w przypadku IRAS 19312+1950 związany jest prawie wyłącznie z gwiazdami na późnym etapie ewolucji. Jest to maser tlenku krzemu, emitowany przez cząsteczki składające się z jednego atomu krzemu i jednego atomu tlenu. Naukowcy nie wiedzą dlaczego ten maser prawie zawsze związany jest ze starszymi gwiazdami, jednak z tysięcy znanych maserów tlenku krzemu zauważono tylko kilka wyjątków od tej zasady.

Oprócz tego z tą gwiazdą związany jest także maser hydroksylowy emitowany przez cząsteczki złożone z jednego atomu tlenu i jednego atomu wodoru. Masery hydroksylowe są obserwowane w różnych obiektach astronomicznych, jednak gdy pojawiają się w pobliżu starych gwiazd, sygnał radiowy ma określony wzór – jest szczególnie silny na częstotliwości 1612 MHz. I taki też sygnał znaleziono w przypadku tej gwiazdy.

Mimo to, obiekt do końca nie pasuje do wyewoluowanych gwiazd. Szczególnie zagadkowa jest pełna paleta związków chemicznych znalezionych w otaczającym gwiazdę potężnym obłoku materii. Tego typu obłoki typowe są dla obszarów, w których dopiero powstają gwiazdy, jednak tego typu gwiezdnego przedszkola nie udało się zidentyfikować w pobliżu tej gwiazdy.

IRAS 19312+1950 wykazuje cechy charakterystyczne tak dla bardzo młodych jak i dla bardzo starych gwiazd. Obiekt wyraźnie wyróżnia się jako niesamwicie jasny obiekt znajdujący się w środku bogatego w związki chemiczne obłoku materii widocznego na powyższym zdjęciu wykonanego za pomocą Kosmicznego Teleskopu Spitzer. Zespół naukowców z NASA uważa, że gwiazda - o masie ok. 10 mas Słońca emitująca 20 000 razy więcej energii - to dopiero powstająca protogwiazda. To duża niespodzianka, ponieważ w tym obszarze nie zauważono gwiezdnego przedszkola. Jednak obecność pobliskiego bąbla międzygwiezdnego,  który wskazuje na obecność niedawno powstałej masywnej gwiazdy, także wspiera tę teorię. Źródło: NASA/JPL-Caltech
IRAS 19312+1950 wykazuje cechy charakterystyczne tak dla bardzo młodych jak i dla bardzo starych gwiazd. Obiekt wyraźnie wyróżnia się jako niesamowicie jasny obiekt znajdujący się w środku bogatego w związki chemiczne obłoku materii widocznego na powyższym zdjęciu wykonanego za pomocą Kosmicznego Teleskopu Spitzer. Zespół naukowców z NASA uważa, że gwiazda – o masie ok. 10 mas Słońca emitująca 20 000 razy więcej energii – to dopiero powstająca protogwiazda. To duża niespodzianka, ponieważ w tym obszarze nie zauważono gwiezdnego przedszkola. Jednak obecność pobliskiego bąbla międzygwiezdnego, który wskazuje na obecność niedawno powstałej masywnej gwiazdy, także wspiera tę teorię. Źródło: NASA/JPL-Caltech

Początkowo naukowcy twierdzili, że obiekt ten jest starą gwiazdą otoczoną przez zaskakujący obłok podobny do tych, które otaczają bardzo młode gwiazdy. Inne teorie mówiły, że obserwacje pozwalają nam obserwować dwa różne obiekty: bardzo starą gwiazdę i obłok protoplanetarny znajdujący się w tym samym kierunku.

Cordiner wraz ze swoimi współpracownikami rozpoczął ponowne badania tego obiektu za pomocą Kosmicznego Obserwatorium Herschel jednocześnie analizując dane zebrane wcześniej za pomocą Kosmicznego Teleskopu Spitzera. Oba teleskopy pracują w podczerwieni, przez co mogą badać gazy, pył i lody w obłoku otaczającym gwiazdę.

Dodatkowe informacje doprowadziły Cordinera i jego współpracowników do wniosku, że w rzeczywistości jest to gwiazda na bardzo wczesnym etapie ewolucji.  Jest to obiekt dużo jaśniejszy niż się to początkowo wydawało – emituje 20 000 razy więcej energii niż nasze Słońce. Ponadto zespół odkrył duże ilości lodów wody i dwutlenku węgla w obłoku otaczającym gwiazdę. Owe lody osiadły na ziarnach pyłu stosunkowo bliskich gwieździe i cały ten pył i lód blokuje światło przez co gwiazda wydaje się ciemniejsza niż jest w rzeczywistości.

Co więcej gęsty obłok otaczający gwiazdę wydaje się ulegać kolapsowi, który zazwyczaj zachodzi gdy rosnąca gwiazda przyciąga materię.  W przeciwieństwie do tego obłoki wokół wyewoluowanych gwiazd zazwyczaj się rozszerzają i są wywiewane do ośrodka międzygwiezdnego. Masę całej otoczki szacuje się na 500-700 mas Słońca – a to znacznie więcej niż mogłaby wyemitować starzejąca się lub umierająca gwiazda.

„Uważamy, że to gwiazda na etapie embrionalnym, zbliżająca się do końca etapu akrecji materii – okresu, w którym gwiazda przyciąga nową materię napędzającą jej wzrost,” mówi Cordiner.

Powyższą teorię wspiera fakt obserwacji bardzo szybkich wiatrów dostrzeżonych w dwóch dżetach gazu emitowanych z przeciwnych biegunów gwiazdy. Tego typu dżety materii, znane jako wypływy biegunowe, widoczne są w przypadku młodych i starych gwiazd. Niemniej jednak szybkie, wąskie dżety rzadko kiedy obserwowane są w starych gwiazdach. W tym przypadku zespołowi udało się zmierzyć prędkość materii w dżecie(90 km/s) – to charakterystyczna prędkość dla protogwiazd.

Mimo to naukowcy wciąż przyznają, że ten obiekt nie jest typową protogwiazdą.

„Niezależnie od tego jak spojrzymy na ten obiekt – jest on fascynujący – i może nam wiele powiedzieć o cyklach życia gwiazd,” dodaje Steven Charnley, astrochemik z Goddard i współautor artykułu.

Źródło: NASA Goddard Space Flight Center