Gwiezdne wiatry starych gwiazd pozwalają stwierdzić obecność gwiezdnych towarzyszy

Nowe obserwacje prowadzone za pomocą ALMA w Chile pozwoliły stwierdzić, że wiatr gwiezdny tego czerwonego olbrzyma ma kształt spirali. To pośredni dowód na to, że gwiazda nie jest sama, a jest elementem układu podwójnego. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L.Decin et al.

Czerwone olbrzymy to stare gwiazdy, które pozbywają się gazowej materii i pyłu pod postacią wiatru słonecznego. Niektóre czerwone olbrzymy zdawały się tracić wyjątkowo dużą część swojej masy w ten sposób. Niemniej jednak, nowe obserwacje wskazują, że tak nie jest. Wiatr gwiezdny w ich przypadku nie jest bardziej intensywny niż normalnie, ale wpływa na niego niezauważony dotąd gwiezdny towarzysz – druga gwiazda, która krąży wokół czerwonego olbrzyma. Takie wnioski wyciągnęli naukowcy z międzynarodowych badań kierowanych przez belgijski uniwersytet KU Leuven.

Ludzie żyją za krótko, aby to zobaczyć, ale gwiazdy rodzą się, starzeją i umierają. To proces, który często trwa miliardy lat. Gdy gwiazda się starzeje, staje się większa, chłodniejsza i bardziej czerwona – stąd i nazwa czerwonych olbrzymów. Nasze Słońce stanie się takim czerwonym olbrzymem za 4,5 miliarda lat.

Na ostatnich etapach swojego życia, czerwone olbrzymy odrzucają swoja masę – gaz i materię stałą – w formie wiatru gwiezdnego. Wcześniejsze obserwacje pozwoliły potwierdzić, że czerwone olbrzymy tracą w ten sposób znaczącą część swojej masy. Astronomów od kilkudziesięciu lat szczególnie intryguje dwanaście takich gwiazd, których tempo utraty masy jest niezwykle wysokie. Te czerwone olbrzymy odrzucają równowartość 100 mas Ziemi rocznie przez 100-2000 lat na raz. Nawet w skali astronomicznej, to mnóstwo materii w bardzo krótkim okresie czasu.

Proces ten był bardzo trudny do wyjaśnienia, mówi prof. Leen Decin z KU Leuven: “Jeżeli przyjrzymy się masie takiej gwiazdy w kolejnej fazie jej życia, intensywne wiatry gwiezdne nie trwają wystarczająco długo, aby tłumaczyć obserwowaną ilość odrzuconej przez nie masy. Co więcej, statystycznie nieprawdopodobne jest odkrycie 12 takich czerwonych olbrzymów, skoro wiemy, że obserwujemy fazę, która trwa tylko kilkaset czy kilka tysięcy lat w trakcie trwającego miliardy lat życia gwiazdy. To by przypominało znalezienie 12 igieł w stogu siana”.

Obserwatorium ALMA w Chile. Źródło: C. Padilla – ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Nowe obserwacje przeprowadzone za pomocą teleskopu ALMA w Chile rzucają nowe światło na to co się działo w przypadku dwóch z tych czerwonych olbrzymów. “W przypadku tych gwiazd, wiatr gwiezdny układa się w spiralę. To pośredni wskaźnik tego, że czerwony olbrzym nie jest sam, a jest składnikiem układu podwójnego. Czerwony olbrzym jest główną gwiazdą, a wokół niego krąży druga gwiazda. Obie gwiazdy oddziałują na siebie i na swoje otoczenie grawitacyjnie na dwa sposoby:z jednej strony wiatr gwiezdny wyciągany jest w kierunku drugiej gwiazd, a z drugiej strony czerwony olbrzym sam się trochę wierci. Te ruchy nadają wiatrom gwiezdnym kształt spirali”.

Odkrycie drugiej gwiazdy sprawiło, że wszystko zaczęło do siebie pasować. Decin dodaje: “Myśleliśmy, że te czerwone olbrzymy są rekordzistkami w kategorii tempa utraty masy, ale tak nie jest. Tylko nam się wydawało, że tracą one dużo masy,bowiem istnieje obszar między dwoma gwiazdami, gdzie wiatr gwiezdny jest dużo bardziej skoncentrowany dzięki grawitacji drugiej gwiazdy w układzie. Te czerwone olbrzymy nie tracą równowartości 100 mas Ziemi rocznie, a jedynie 10 – tak jak typowy czerwony olbrzym. Jako takie owe gwiazdy umierają także nieco wolniej niż wcześniej zakładaliśmy. Mówiąc inaczej, te stare gwiazdy żyją dłużej niż sądziliśmy”.

Astronomowie sprawdzają teraz czy układ podwójny może także tłumaczyć resztę tych wyjątkowych czerwonych olbrzymów.

Wyniki badań opublikowano w periodyku Nature Astronomy.

Źródło: KU Leuven

Artykuł naukowy: http://dx.doi.org/10.1038/s41550-019-0703-5