Misje NASA odkrywają tabuny dyniowatych gwiazd

dnia 30/10/2016
Wizja artystyczna przedstawiająca najbardziej ekstremalne "gwiezdne dynie" odkryte przez satelity Kepler i Swift, w porównaniu do rozmiarów Słońca. KSw 71 jest większa, chłodniejsza i bardziej czerwona niż Słońce. Oprócz tego gwiazda ta rotuje cztery razy szybciej. Wysokie tempo rotacji sprawia, że gwiazda przyjmuje spłaszczony kształt. Skutkiem jest wyższa jasność biegunów i niższa obszarów równikowych. Duże tempo rotacji napędza także aktywność gwiezdną taką jak chociażby plamy gwiezdne, rozbłyski,  czy poziom emisji promieniowania rentgenowskiego ponad 4000 razy wyższy niż w przypadku Słońca. Naukowcy uważają, że KSw 71 uformowała się niedawno wskutek połączenia dwóch gwiazd podobnych do Słońca tworzących dotychczas ciasny układ podwójny. Źródło; NASA Goddard Space Flight Center/Francis Reddy

Wizja artystyczna przedstawiająca najbardziej ekstremalne „gwiezdne dynie” odkryte przez satelity Kepler i Swift, w porównaniu do rozmiarów Słońca. KSw 71 jest większa, chłodniejsza i bardziej czerwona niż Słońce. Oprócz tego gwiazda ta rotuje cztery razy szybciej. Wysokie tempo rotacji sprawia, że gwiazda przyjmuje spłaszczony kształt. Skutkiem jest wyższa jasność biegunów i niższa obszarów równikowych. Duże tempo rotacji napędza także aktywność gwiezdną taką jak chociażby plamy gwiezdne, rozbłyski, czy poziom emisji promieniowania rentgenowskiego ponad 4000 razy wyższy niż w przypadku Słońca. Naukowcy uważają, że KSw 71 uformowała się niedawno wskutek połączenia dwóch gwiazd podobnych do Słońca tworzących dotychczas ciasny układ podwójny. Źródło; NASA Goddard Space Flight Center/Francis Reddy

Astronomowie analizujący obserwacje wykonywane w ramach misji Kepler i Swift odkryli grupę szybko rotujących gwiazd, które emitują promieniowanie rentgenowskie ponad 100 razy silniejsze od maksymalnych poziomów kiedykolwiek zarejestrowanych w przypadku Słońca. Tak szybko rotujące gwiazdy ulegają spłaszczeniu, przez co wyglądem przypominają dynie. Uważa się, że są one wynikiem połączenia się dwóch gwiazd, które wcześniej tworzyły ciasny układ podwójny.

„Te 18 gwiazd rotuje z okresem zaledwie kilku dni, podczas gdy Słońce wykonuje obrót wokół własnej osi w prawie miesiąc,” mówi Steve Howell, naukowiec z NASA Ames Research Center w Moffett Field i kierownik zespołu badawczego. „Tak duże tempo rotacji  napędza aktywność, którą znamy ze Słońca: plamy słoneczne, rozbłyski itp i maksymalizuje ich intensywność.”

Najbardziej ekstremalnym członkiem tej grupy gwiazd jest pomarańczowy olbrzym typu K o nazwie KSw 71 – gwiazda 10 razy większa od Słońca, obracająca się wokół własnej osi w zaledwie 5.5 dnia i emitująca promieniowanie rentgenowskie ponad 4000 intensywniejsze niż Słońce.

Owe gwiazdy zostały odkryte w ramach rentgenowskiego przeglądu oryginalnego pola Keplera, fragmentu nieba obejmującego gwiazdozbiory Łabędzia i Lutni. W okresie od maja 2009 do maja 2013 roku teleskop Kepler mierzył jasność ponad 150 000 gwiazd w tym regionie w poszukiwaniu regularnych spadków jasności spowodowanych przez planety przechodzące na tle tarcz swoich gwiazd macierzystych. Misja okazała się niesamowitym sukcesem i doprowadziła do odkrycia ponad 2300 potwierdzonych egzoplanet i ponad 5000 kandydatów na planety. Wciąż trwająca wydłużona misja teleskopu – o nazwie K2 – kontynuuje pracę teleskopu w badaniach obszarów nieba wzdłuż ekliptyki, płaszczyzny orbity Ziemi wokół Słońca.

„Efektem ubocznym misji Kepler jest fakt, że oryginalne pole Keplera jest teraz jednym z najlepiej zbadanych fragmentów nieba,” mówi członek zespołu Padi Boyd z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt. Cały ten obszar obserwowany był w zakresie podczerwonym przez Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), a Galaxy Evolution Explorer (GEE) obserwował go w zakresie ultrafioletowym. „Nasza grupa z kolei poszukiwała zmienne źródła rentgenowskie, szczególnie aktywne galaktyki, w których centralna czarna dziura napędza emisję,” tłumaczy.

Wykorzystując rentgenowskie i ultrafioletowe/optyczne teleskopy na pokładzie satelity Swift, badacze przeprowadzili przegląd Kepler-Swift Active Galaxies and Stars Survey (KSwAGS) skupiając się na sześciu stopniach kwadratowych nieba (fragment nieba 12 razy większa od tarczy Księżyca w pełni) w ramach pola Keplera.

„W ramach KSwAGS odkryliśmy 93 nowe źródła rentgenowskie, z czego połowa to galaktyki aktywne, a druga połowa to różnego typu gwiazdy rentgenowskie,” mówi członek zespołu Krista Lynne Smith z University of Maryland w College Park, która kierowała analizą danych z satelity Swift. „Wielu z tych źródeł nie widzieliśmy wcześniej ani w zakresie rentgenowskim ani ultrafioletowym.”

Dla najjaśniejszych źródeł zespół uzyskał widma za pomocą 200-calowego teleskopu w Obserwatorium Palomar w Kalifornii. Źródła te stanowią szczegółowe chemiczne portrety tych gwiazd i wyraźnie dowodzą wzmożonej aktywności gwiezdnej oraz szczególnie silne linie wapnia i wodoru.

Naukowcy wykorzystali pomiary z Keplera do określenia tempa rotacji i rozmiarów 10 z tych gwiazd. Ich rozmiary mieszczą się w przedziale od 2.9 do 10.5  rozmiarów Słońca. Temperatury ich powierzchni oscylują wokół temperatury Słońca obejmując przy tym typy widmowe od F do K. Astronomowie klasyfikują takie gwiazdy jako podolbrzymy i olbrzymy – bardziej zaawansowane fazy ewolucji gwiazd, charakteryzujące się większym stopniem zużycia zapasów wodoru. Wszystkie gwiazdy tego typu z czasem staną się dużo większymi czerwonymi olbrzymami.

Artykuł opisujący wyniki badań zostanie opublikowany 1 listopada w periodyku Astrophysical Journal.

Już czterdzieści lat temu Ronald Webbink z University of Illinois zauważył, że ciasne układy podwójne nie powinny przetrwać, gdy zapasy paliwa w jednym ze składników tego paliwa się wyczerpią i gwiazda zacznie zwiększać swoje rozmiary. Gwiazdy powinny połączyć się wtedy w jedną szybko rotującą gwiazdę początkowo zanurzoną w dysku gazu wyrzuconego podczas łączenia. Taki dysk powinien się rozwiać w ciągu kolejnych 100 milionów lat pozostawiając jedynie bardzo aktywną, szybko rotującą gwiazdę.

Howell wraz ze współpracownikami wskazuje, że ich 18 gwiazd z przeglądu KSwAGS powstała właśnie w ten sposób  i dopiero niedawno odrzuciła swoje dyski gazowe.

Źródło: NASA Goddard Space Flight Center