Czerwony olbrzym w układzie Gaia BH2 wygląda jak staruszek, ale ma zaledwie 5 mld lat i kręci się zaskakująco szybko. Gwiezdne trzęsienia zdradziły jego sekrety.
Patrząc na skład chemiczny tej gwiazdy, astronomie uznaliby ją za wiekowego weterana z czasów młodej Galaktyki. Kiedy jednak posłuchali jej wnętrza, okazało się, iż to obiekt w średnim wieku, który tylko udaje staruszka. Na tym jednak nie koniec. Czerwony olbrzym w układzie Gaia BH2 obraca się znacznie szybciej, niż przewidują modele, a w dodatku krąży wokół cichej czarnej dziury. Taki zestaw cech nie powinien się zdarzyć, a jednak właśnie trafił pod lupę naukowców.
Gwiazda z metryką niepasującą do chemii
Czerwone olbrzymy to gwiazdy, które zakończyły spokojny etap życia podobny do obecnego Słońca i napęczniały do wielokrotnie większych rozmiarów. Zwykle ich wiek i skład chemiczny dobrze do siebie pasują: stare gwiazdy mają specyficzne proporcje pierwiastków cięższych od helu, tzw. metali w języku astrofizyki. Tym razem jest jednak inaczej.
Obiekt towarzyszący czarnej dziurze w układzie Gaia BH2 należy do grupy tzw. gwiazd alfa-bogatych. To znaczy, iż zawiera dużo pierwiastków takich jak tlen, magnez czy krzem, które powstają w wybuchach masywnych gwiazd we wczesnej historii Drogi Mlecznej. Taki skład zwykle zdradza bardzo sędziwy wiek.
Asterosejsmologia, czyli dziedzina, która bada drgania gwiazd podobnie jak sejsmologia drgania Ziemi, mówi jednak co innego. Delikatne zmiany jasności zarejestrowane przez kosmiczny teleskop TESS pozwoliły zajrzeć w głąb czerwonego olbrzyma i wyznaczyć parametry jego jądra. Z tych danych wynika, iż gwiazda ma około 5 mld lat, czyli jest tylko nieco starsza od Słońca. Młodszy wiek i stara chemia to kombinacja, której nie da się wyjaśnić klasyczną, samotną ewolucją.
Najbardziej prawdopodobny scenariusz zakłada, iż obiekt w przeszłości zyskał dodatkową masę z zewnątrz. Mogło dojść do połączenia dwóch gwiazd albo do stopniowego podjadania materii, gdy w układzie formowała się czarna dziura. W obu przypadkach gwiazda dostałaby zastrzyk masy z chemicznym podpisem innego obiektu, co zamazałoby jej pierwotną metrykę.
Czerwony olbrzym, który kręci się zbyt szybko
Na tym jednak zagadka się nie kończy. Długoterminowe obserwacje z naziemnych teleskopów pokazały, iż ten czerwony olbrzym obraca się wokół własnej osi w ciągu mniej więcej 398 dni. Jak na gwiazdę tej klasy i wieku to tempo jest zaskakująco wysokie. Typowy czerwony olbrzym, który spokojnie rozszerza się po wypaleniu wodoru w jądrze, zwalnia obrót do znacznie dłuższych okresów.
Tak szybki obrót sugeruje, iż gwiazda musiała zostać rozkręcona przez zewnętrzne oddziaływania. Najprostszym mechanizmem są siły pływowe, czyli grawitacyjne przeciąganie przez towarzysza. W ciasnych układach podwójnych takie siły potrafią zmieniać rotację gwiazd, synchronizując ją z ruchem po orbicie. W tym przypadku towarzyszem jest czarna dziura, która dodatkowo komplikuje historię układu, bo mogła powstać w gwałtownym wybuchu poprzedniej masywnej gwiazdy.
Ciche czarne dziury Gaia BH2 i BH3
Układ Gaia BH2 i spokrewniony z nim Gaia BH3 są interesujące także z innego powodu. Oba zawierają tzw. ciche czarne dziury, czyli obiekty, które w tej chwili nie podjadają materii z towarzysza i nie świecą w promieniach rentgenowskich. Zostały odkryte nie dzięki błyskom, ale dzięki precyzyjnemu śledzeniu ruchów gwiazd przez sondę Gaia.
W Gaia BH2 drgania czerwonego olbrzyma okazały się wyraźne i bogate w informacje. W Gaia BH3 naukowcy liczyli na podobny efekt, tym bardziej iż towarzysząca gwiazda jest ekstremalnie uboga w metale, przez co powinna idealnie nadawać się do testowania modeli drgań. Tymczasem teleskop TESS nie zarejestrował tam oczekiwanych oscylacji.
Odkrycie nietypowej gwiazdy w Gaia BH2 pokazuje, jak potężnym narzędziem stała się asterosejsmologia. Zamiast polegać tylko na widmach i jasności, astronomowie mogą teraz badać strukturę wewnętrzną gwiazd, które krążą wokół niewidocznych czarnych dziur. Delikatne drżenie pozwala oszacować ich masę, wiek, historię akrecji materii i rotację, a pośrednio także odtworzyć przemiany, jakie zachodziły w całym układzie.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
