Tajemnicze, niezwykle szybkie pociski, skupiska gazu bogatego w tlen, poruszające się z prędkością choćby 32 mln km/h, zostały odkryte podczas najrzadszej eksplozji gwiazdy w naszej galaktyce.
Z układu V445 Puppis, jedynej potwierdzonej w Drodze Mlecznej helowej nowej, wyrzucane są niewielkie skupiska gazu przypominające kosmiczne pociski. Poruszają się z ogromną prędkością ponad 32 mln km/h. Problem w tym, iż naukowcy nie potrafią jeszcze wyjaśnić, jak dokładnie powstały.
Odkrycie jest wyjątkowe, ponieważ V445 Puppis przez ponad dwie dekady pozostawała niemal całkowicie ukryta przed astronomami. Po eksplozji gwiazda została zasłonięta przez ogromną chmurę pyłu i gazu, która powstała podczas wybuchu. Dopiero teraz, gdy materia zaczęła się rozpraszać, badacze mogli zajrzeć do wnętrza tego niezwykłego układu.
Eksplozja, której astronomowie wcześniej nie widzieli
Nowa gwiazdowa to gwałtowny wybuch zachodzący w układzie dwóch gwiazd, w którym jeden z obiektów jest białym karłem. To niezwykle gęsta pozostałość po gwieździe podobnej do Słońca, która zakończyła swoje życie. Biały karzeł może jednak przez cały czas okradać swojego towarzysza, przechwytując jego materię.
Gdy na powierzchni białego karła gromadzi się wystarczająca ilość gazu, rosną temperatura i ciśnienie. W pewnym momencie dochodzi do gwałtownej reakcji termojądrowej, która powoduje potężny rozbłysk. W większości znanych przypadków paliwem takiej eksplozji jest wodór.
V445 Puppis była jednak zupełnie inna.
Ta eksplozja praktycznie nie zawierała wodoru, pierwiastka, którego we Wszechświecie jest najwięcej. Zamiast niego biały karzeł pochłaniał przede wszystkim hel. Takie zjawiska są niezwykle rzadkie, dlatego astronomowie od lat traktowali V445 Puppis jako jedyne naturalne laboratorium pozwalające badać tzw. helowe nowe.
Przez lata wyróżniała się wśród innych nowych całkowitym brakiem wodoru. Pytanie brzmiało: jak taki wybuch może obyć się bez najpowszechniejszego pierwiastka we Wszechświecie? – mówi John Mills, z Uniwersytetu w Warwick.
Gwiazda ukryta za chmurą pyłu odsłoniła swoją tajemnicę
Eksplozja V445 Puppis nastąpiła pod koniec 2000 r. Wybuch wyrzucił w przestrzeń ogromną ilość materii, tworząc charakterystyczną dwubiegunową strukturę rozciągającą się na ponad 1,5 biliona km! To 10 tys. razy dalej niż odległość Ziemi od Słońca.
Jednocześnie wokół układu powstał gęsty dysk pyłu, który całkowicie zasłonił źródło eksplozji. Astronomowie mogli obserwować jedynie rozszerzającą się pozostałość po wybuchu, ale nie byli w stanie określić, jakie gwiazdy doprowadziły do tego niezwykłego wydarzenia.
Przełom przyniosły obserwacje prowadzone przez ponad 20 lat. John Mills z University of Warwick wykorzystał dane z kilku teleskopów, między innymi należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, Południowoafrykańskiego Wielkiego Teleskopu oraz satelity NASA TESS.
Połączenie obserwacji w podczerwieni, świetle widzialnym i pomiarów zmian jasności pozwoliło w końcu zobaczyć prawdziwą naturę systemu.
Okazało się, iż V445 Puppis tworzą biały karzeł oraz niezwykle rzadka gwiazda helowa.
Biały karzeł pożera rzadką gwiazdę pozbawioną wodoru
Gwiazda helowa to obiekt, który w przeszłości utracił swoją zewnętrzną warstwę wodoru. Najprawdopodobniej doszło do tego podczas wcześniejszych oddziaływań z drugim składnikiem układu. W efekcie pozostało jądro bogate w hel, które stało się źródłem nietypowego materiału dla białego karła.
Takie gwiazdy należą do kosmicznych rzadkości. Astronomowie szacują, iż w całej Drodze Mlecznej może znajdować się zaledwie kilka tysięcy pozbawionych wodoru gwiazd helowych, podczas gdy nasza galaktyka zawiera setki miliardów gwiazd.
Badania wykazały również, iż układ V445 Puppis ponownie zaczął transferować materię. Oznacza to, iż proces prowadzący do kolejnej eksplozji już się rozpoczął. Gwiazdy okrążają się wzajemnie w czasie około 3,7 dnia, dłużej, niż wcześniej przypuszczano.
Kosmiczne „pociski” są największą zagadką
Najbardziej tajemniczym elementem odkrycia są jednak szybkie skupiska gazu wyrzucone w przestrzeń podczas lub po eksplozji. Astronomowie określają je mianem pocisków, ponieważ przemieszczają się znacznie szybciej niż większość materiału wyrzuconego podczas wybuchu.
Analiza wskazuje, iż mogą być bogate w tlen. Ich prędkość dochodzi do około 32 mln km/h, co oznacza, iż w ciągu jednej sekundy pokonują dystans 8900 km/s.
Problem w tym, iż podobnych struktur nigdy wcześniej nie zaobserwowano w przypadku innych nowych gwiazdowych.
Nie wiemy, jakie jest pochodzenie tych pocisków. Podejrzewamy, iż powstały już po samym wybuchu, ale takie obiekty nie były obserwowane w żadnej innej nowej – przyznaje John Mills.
To odkrycie może oznaczać, iż w ekstremalnych warunkach towarzyszących helowym nowym zachodzą procesy, których astronomowie jeszcze nie rozumieją.
Czy helowe nowe mogą prowadzić do supernowych?
Badanie V445 Puppis ma znaczenie nie tylko dla poznania jednej nietypowej eksplozji. Astronomowie od lat zastanawiają się, czy podobne układy mogą być jednym ze sposobów powstawania supernowych typu Ia.
To jedne z najważniejszych eksplozji we Wszechświecie. Ich jasność jest wyjątkowo podobna, dzięki czemu naukowcy wykorzystują je jako tzw. świece standardowe do mierzenia odległości w kosmosie.
Właśnie dzięki obserwacjom supernowych typu Ia odkryto, iż ekspansja Wszechświata przyspiesza, za co przyznano Nagrodę Nobla.
Nie wiadomo jeszcze, czy każda helowa nova może ostatecznie doprowadzić do takiej eksplozji. V445 Puppis daje jednak astronomom wyjątkową możliwość sprawdzenia tej hipotezy.
Po 25 latach od tajemniczego wybuchu naukowcy wreszcie poznali sprawców jednej z najbardziej niezwykłych eksplozji w naszej galaktyce. przez cały czas nie wiedzą jednak, dlaczego z jej wnętrza wystrzeliły kosmiczne pociski i właśnie ta zagadka może przynieść kolejne odkrycia dotyczące śmierci gwiazd.
Główa ilustracja: Zdjęcie przedstawiające dwubiegunowy wypływ materii wyrzuconej przez nową helową V445 Puppis. Układ podwójny gwiazd znajduje się w centrum wypływu. Zdjęcie wykonano w 2013 r. dzięki filtra F502N na kamerze szerokokątnej 3 Teleskopu Hubble’a. Źródło: John Mills / Uniwersytet w Warwick
