Tajemnicza śmierć gwiazdy węglowej

Naukowcy badający gwiazdę V Hydrae byli świadkami tajemniczego procesu jej śmierci z niespotykanymi dotąd szczegółami. Wykorzystując dane z ALMA oraz Hubble’a, odkryli sześć powoli rozszerzających się pierścieni i dwie struktury w kształcie klepsydry, wywołane szybkim wyrzutem materii w przestrzeń kosmiczną.

V Hydrae (V Hya) jest bogatą w węgiel gwiazdą asymptotycznej gałęzi olbrzymów (AGB) znajdującą się około 1300 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Hydry. Ponad 90% gwiazd o masie równej lub większej niż masa Słońca przekształca się w gwiazdy AGB, ponieważ paliwo potrzebne do napędzania procesów jądrowych zostaje usunięte. Spośród tych milionów gwiazd, V Hya wzbudza szczególne zainteresowanie naukowców ze względu na swoje dotychczas unikalne zachowania i cechy, w tym ekstremalne wyrzuty plazmy, które zdarzają się co 8,5 roku oraz obecność prawie niewidocznej gwiazdy towarzyszącej, która przyczyniła się do wybuchowego zachowania V Hya.

Nasze badania potwierdzają, że tradycyjny model śmierci gwiazd AGB – poprzez masowe wyrzuty paliwa przez powolny, względnie stały, sferyczny wiatr przez ponad 100 000 lat – jest w najlepszym przypadku niekompletny, a w najgorszym – błędny – powiedział Raghvendra Sahai, astronom z Jet Propulsion Laboratory NASA i główny autor badań. Jest bardzo prawdopodobne, że bliski towarzysz będący gwiazdą lub obiektem podgwiazdowym, odgrywa znaczącą rolę w jej śmierci, a zrozumienie fizyki oddziaływań układów podwójnych jest ważne zarówno dla całej astrofizyki, jak i stanowi jedno z jej największych wyzwań. W przypadku V Hya, połączenie bliskiej i hipotetycznej odległej gwiazdy towarzyszącej jest przynajmniej w pewnym stopniu odpowiedzialne za obecność jej sześciu pierścieni oraz szybkich wypływów, które powodują cudowną śmierć gwiazdy.

Mark Morris, astronom z UCLA i współautor badań dodał: V Hydrae została złapana na procesie pozbywania się swojej atmosfery – w końcu większości swojej masy – co robi większość gwiazd w późnym stadium czerwonego olbrzyma. Odkryliśmy, ku naszemu zaskoczeniu, że w tym przypadku materia jest wydalana w postaci serii wypływających pierścieni. Jest to pierwszy i jedyny przypadek, kiedy ktokolwiek zaobserwował, że gaz wyrzucany z gwiazdy AGB może wypływać w postaci serii rozszerzających się „pierścieni dymu”.

Sześć pierścieni rozszerzyło się na zewnątrz V Hya w ciągu około 2100 lat, dodając materię i napędzając wzrost struktury przypominającej dysk o dużej gęstości wokół gwiazdy. Zespół nazwał tę strukturę DUDE, czyli Disk Undergoing Dynamical Expansion (Dysk Rozszerzający się Dynamicznie).

Końcowy etap ewolucji gwiazd – kiedy gwiazdy przechodzą od czerwonych olbrzymów do pozostałości po białych karłach – jest złożonym procesem, który nie jest dobrze poznany” – powiedział Morris. Odkrycie, że proces ten może obejmować wyrzucanie pierścieni gazu, przy jednoczesnym wytwarzaniu szybkich, przerywanych strumieni materii, wprowadza nową, fascynującą zmianę do naszych badań nad tym, jak umierają gwiazdy.

Sahai dodał: V Hya znajduje się w krótkiej, ale krytycznej fazie przejściowej, która nie trwa zbyt długo i trudno jest znaleźć gwiazdy w tej fazie, a raczej „złapać je na gorącym uczynku”. Nam się poszczęściło i udało nam się sfotografować wszystkie różne zjawiska utraty masy w V Hya, co pozwoli nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób umierające gwiazdy tracą masę pod koniec swojego życia.

Oprócz pełnego zestawu rozszerzających się pierścieni i wypaczonego dysku, w końcowym akcie V Hya znajdują się dwie struktury w kształcie klepsydry, oraz dodatkowa struktura przypominająca dżet, które rozszerzają się z prędkością ponad 240 km/s. Duże struktury w kształcie klepsydry obserwowano już wcześniej w mgławicach planetarnych, w tym w MyCn 18 – znanej również jako Mgławica Klepsydra – młodej mgławicy emisyjnej znajdującej się około 8000 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Muchy, oraz bardziej znanej Mgławicy Południowy Krab, mgławicy emisyjnej znajdującej się około 7000 lat świetlnych od nas w konstelacji Centaura.

Sahai powiedział: Po raz pierwszy zaobserwowaliśmy obecność bardzo szybkich wypływów w 1981 roku. Następnie, w 2022 znaleźliśmy przepływ podobny do dżetu, składający się ze zwartych plam plazmy wyrzucanych z dużą prędkością z V Hya. A teraz, nasze odkrycie szerokokątnych wypływów z V Hya łączy kropki, ujawniając, jak wszystkie te struktury mogą powstawać podczas fazy ewolucji, w której znajduje się obecnie ten bardzo jasny czerwony olbrzym.

Ze względu zarówno na odległość, jak i gęstość pyłu otaczającego gwiazdę, badanie V Hya wymagało wyjątkowego instrumentu o mocy pozwalającej wyraźnie zobaczyć materię, która jest zarówno bardzo odległa, jak i trudna lub niemożliwa do wykrycia przez większość teleskopów optycznych. Zespół wykorzystał odbiorniki ALMA w paśmie 6 (1,23 mm) i paśmie 7 (85 mm), które pokazały liczne pierścienie i wypływy gwiazdy z niezwykłą wyrazistością.

Procesy zachodzące w końcowych fazach rozwoju gwiazd o niskiej masie, a w szczególności podczas fazy AGB, od dawna fascynują astronomów i są trudne do zrozumienia – powiedział Joe Pesce, astronom i oficer programowy NSF dla NRAO/ALMA. Możliwości i rozdzielczość ALMA w końcu pozwalają nam obserwować te zjawiska z niezwykłą szczegółowością, która jest niezbędna, aby udzielić pewnych odpowiedzi i zwiększyć nasze zrozumienie zdarzenia, które ma miejsce w przypadku większości gwiazd we Wszechświecie.

Sahai dodał, że włączenie do badań danych z podczerwieni, optyki i ultrafioletu stworzyło kompletny, wielopoziomowy obraz tego, co może być jednym z największych widowisk w Drodze Mlecznej, przynajmniej dla astronomów. Za każdym razem, gdy obserwujemy V Hya wykorzystując nowe możliwości obserwacyjne, staje się ona coraz bardziej podobna do cyrku, charakteryzującego się jeszcze większą różnorodnością imponujących wyczynów. V Hydrae zachwyciła nas swoimi licznymi występami, a ponieważ nasze własne Słońce może pewnego dnia doświadczyć podobnego losu, przykuła naszą uwagę.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
NRAO

Vega

Na ilustracji: Wizja artystyczna gwiazdy węglowej V Hydrae. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF).

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.