IC 10: galaktyka gwiazdotwórcza z możliwością fal grawitacyjnych

 

W 1887 roku amerykański astronom Lewis Smitth odkrył świecący obłok, mgławicę, która okazała się być niewielką galaktyką oddaloną od nas o 2,2 miliarda lat świetlnych. Dzisiaj obiekt ten klasyfikowany jest jako galaktyka gwiazdotwórcza i nosi nazwę IC 10.

Ponad sto lat po odkryciu przez Swifta IC 10 naukowcy badają tę galaktykę za pomocą największych teleskopów na Ziemi. Najnowsze obserwacje prowadzone za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra odkrywają przed nami wiele par gwiazd, które pewnego dnia mogą stać się źródłami jednego z najbardziej ekscytujących zjawisk obserwowanych w ostatnich latach: fal grawitacyjnych.

Analizując obserwacje IC 10 za pomocą Chandry obejmujące 10 lat, astronomowie odkryli kilkanaście czarnych dziur i gwiazd neutronowych karmiących się gazem pochodzącym z młodych, masywnych gwiezdnych towarzyszy. Takie układy podwójne gwiazd znane są jako „rentgenowskie układy podwójne” ponieważ emitują duże ilości promieniowania w zakresie rentgenowskim.  Gdy masywna gwiazda krąży wokół swojego kompaktowego towarzysza , tj. czarnej dziury lub gwiazdy neutronowej, część jej materii wysysana jest przez towarzysza tworząc dysk materii wokół obiektu kompaktowego. Tarcie rozgrzewa opadającą na czarną dziurę materię do milionów stopni prowadząc do emisji silnego promieniowania rentgenowskiego.

Gdy w masywnym towarzyszy skończy się paliwo, gwiazda taka ulegnie kolapsowi, który z kolei doprowadzi do eksplozji supernowej, po której pozostanie w jej miejscu albo czarna dziura albo gwiazda neutronowa. Wynikiem końcowym zatem będzie układ podwójny obiektów kompaktowych: albo para czarnych dziur, albo para gwiazd neutronowych, albo czarna dziura i gwiazda neutronowa. Jeżeli z czasem zmniejszy się odległość między tymi dwoma obiektami, układ zacznie emitować fale grawitacyjne. Z czasem rozmiary ich orbit będą maleć, aż do momentu połączenia się obu obiektów. Obserwatorium LIGO zarejestrowało już trzy procesy łączenia par czarnych dziur w przeciągu ostatnich 2 lat.

Galaktyki gwiazdotwórcze takie jak IC 10 stanowią doskonały cel poszukiwań rentgenowskich układów podwójnych, ponieważ to właśnie w nich bardzo często powstają gwiazdy. Wiele z tych nowo narodzonych gwiazd będzie młodych i masywnych. Masywniejsza gwiazda w takim układzie będzie ewoluowała szybciej i szybciej przejdzie w stadium czarnej dziury lub gwiazdy neutronowej stając się kompaktowym towarzyszem masywnej gwiazdy. Jeżeli odległość między dwoma obiektami jest wystarczająco mała – powstaje rentgenowski układ podwójny.

To nowe złożone zdjęcie IC 10 łączy w sobie dane rentgenowskie z Chandry (niebieski) z obrazem optycznym (czerwień, zieleń, błękit) wykonanym przez amatora astronomii Billa Snydera z Heavens Mirror Observatory w Sierra Nevada w Kalifornii. Źródła rentgenowskie zarejestrowane przez obserwatorium Chandra oznaczono ciemniejszym błękitem niż gwiazdy dostrzeżone w zakresie optycznym.

Młode gwiazdy w IC 10 wydają się być w idealnym wieku, aby wchodzić w maksimum interakcji między masywnymi gwiazdami a ich kompaktowymi towarzyszami, tworząc w ten sposób mnóstwo źródeł promieniowania rentgenowskiego. Gdyby układy te były młodsze, masywne gwiazdy nie zdążyłyby jeszcze eksplodować jako supernowe prowadząc do powstania gwiazdy neutronowej czy czarnej dziury. Tak samo odległości między masywnymi gwiazdami i ich kompaktowymi towarzyszami nie miałaby czasu kurczyć się na tyle, aby rozpoczął się transfer materii między oboma składnikami. Gdyby natomiast układ był dużo starszy, najprawdopodobniej powstałyby już  układy podwójne składające się z samych obiektów kompaktowych. W tym przypadku przepływ materii między nimi byłby mało prawdopodobny, przez co nie moglibyśmy obserwować powstawania dysku materii emitującego promieniowanie rentgenowskie.

Obserwatorium Chandra odkryło 110 źródeł promieniowania rentgenowskiego w IC 10. Wśród nich ponad 40 widocznych jest w zakresie optycznym, a 16 z nich zawiera niebieskie superolbrzymy – młode, masywne, gorące gwiazdy opisane powyżej. Większość pozostałych źródeł to rentgenowskie układy podwójne zawierające mniej masywne gwiazdy. Kilka z tych obiektów wykazuje silną zmienność intensywności promieniowania rentgenowskiego, co wskazuje na gwałtowne interakcje między gwiazdami kompaktowymi a ich towarzyszami.

Źródło: NASA