Kolejna tajemnica wydarta gwiazdom

Astrofizycy - m.in. z Uniwersytetu Łódzkiego, w ramach projektu MAGIC, wykorzystując układ dwóch 17-metrowych teleskopów czerenkowskich na Wyspach Kanaryjskich, zaobserwowali promieniowanie gamma bardzo wysokich energii z układu gwiazd, w którym doszło do wybuchu na powierzchni jednej z nich. Wyniki obserwacji i ich interpretacja znalazły się w artykule opublikowanym właśnie w prestiżowym czasopiśmie "Nature Astronomy", o czym poinformowało PAP Centrum promocji Uniwersytetu Łódzkiego (UŁ). Wśród około 100 autorów publikacji z całego świata znalazł się dr hab. Julian Sitarek z UŁ.

Astrofizycy, wykorzystując układ dwóch 17-metrowych teleskopów czerenkowskich na Wyspach Kanaryjskich, zaobserwowali promieniowanie gamma bardzo wysokich energii z układu gwiazd, w którym doszło do wybuchu na powierzchni jednej z nich, tzw. nowej powrotnej o nazwie RS Ophiuchi. To pierwszy wybuch zaobserwowany w tym zakresie energii i dowód na promieniowanie gamma z gwiazd nowych.

Prof. dr hab. Włodzimierz Bednarek i dr hab. Julian Sitarek, którzy uczestniczyli w tym odkryciu, już jedenaście lat wcześniej zaproponowali model teoretyczny przewidujący ten rodzaj i źródło emisji promieniowania.

Jak podaje UŁ, naukowcy z Katedry Astrofizyki Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej, którzy uczestniczyli w obserwacji, pracują w ramach projektu MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov Telescopes), który skupia badaczy z ponad 20 krajów. Ich odkrycie wskazuje na nowy typ źródeł cząstek bardzo wysokich energii w przestrzeni kosmicznej, znaczenie procesów przyspieszania cząstek podczas wybuchów gwiazd nowych, a także na ich udział w tworzeniu promieniowania kosmicznego wypełniającego naszą Galaktykę.

Życie gwiazdy rozpoczyna się od jej uformowania z zagęszczeń materii w ogromnych obłokach gazu. Dla masywnych gwiazd kończy się ono widowiskowymi wybuchami, w czasie których ich jasność staje się porównywalna do jasności macierzystej galaktyki. Natomiast los gwiazd o małych masach, wielkości naszego Słońca, będzie inny. Słońce w ciągu następnych 5 miliardów lat wyczerpie zasoby paliwa jądrowego i rozedmie się, osiągając fazę czerwonego olbrzyma, a następnie skurczy się do rozmiarów Ziemi, stając się supergęstym białym karłem.

Słońce jest gwiazdą pojedynczą, tymczasem w galaktyce jedna trzecia gwiazd występuje w parach z innymi. Biały karzeł w takim podwójnym układzie gwiazdowym może ściągać materię z towarzysza - czerwonego olbrzyma, tworząc jej warstwę na swojej powierzchni. Po przekroczeniu pewnej krytycznej masy następuje wybuch termojądrowy w warstwie wodoru białego karła. Rozgrzana materia zostaje wyrzucona w przestrzeń kosmiczną z prędkością tysięcy kilometrów na sekundę i rozbłyska z jasnością nawet 100 tys. razy przewyższającą typową jasność gwiazdy podobnej do Słońca.

Najlepiej widać to na animacji ze źródła superbossa.com/MPP [https://www.youtube.com/watch?v=zYmd8EETy74]. Taka gwiazda staje się nagle widzialna na nocnym niebie nawet z odległości tysięcy lat świetlnych. Historycznie te obiekty były nazwane "stella nova" - nowymi gwiazdami.

Gwiazda RS Ophiuchi w Konstelacji Wężownika jest nową powrotną, która wybucha co kilkanaście lat. Kolejna jej eksplozja została zaobserwowana na Ziemi 8 sierpnia 2021 roku, najpierw przez teleskopy optyczne. W ciągu kilku następnych godzin Large Area Telescope na pokładzie satelity Fermi zarejestrował również promieniowanie gamma z RS Ophiuchi. Obserwacje te spowodowały skierowanie w jej stronę teleskopów czerenkowowskich - H.E.S.S. w Namibii oraz MAGIC na Wyspach Kanaryjskich, i odkrycie emisji gamma o energiach fotonów nawet kilkadziesiąt razy większej niż obserwowane przez Fermi.

Obserwacje teleskopami MAGIC pozwoliły wykryć promieniowanie, które jest setki miliardów razy bardziej energetyczne niż promieniowanie widzialne oraz scharakteryzować emisję z nowej powrotnej RS Ophiuchi już 24 godziny po jej wybuchu.

Łącząc dane otrzymane z teleskopów z obserwacjami przy niższych energiach grupa naukowców współpracujących w ramach projektu MAGIC po raz pierwszy wykazała, że promieniowanie gamma z gwiazd nowych powstaje w wyniku przyspieszania protonów na fali uderzeniowej wywołanej przez eksplozję.

Chociaż analiza emisji z RS Ophiuchi dała pierwsze przekonujące dowody pochodzenia promieniowania gamma z gwiazd nowych, wciąż bez odpowiedzi pozostaje szereg pytań o naturę tych obiektów. Nadal nie wiemy, czy emisja tego promieniowania wymaga obecności czerwonego olbrzyma w układzie gwiazdowym z białym karłem, czy jest zjawiskiem bardziej uniwersalnym, występującym również w innych typach gwiazd nowych, np. klasycznych nowych zawierających gwiazdę typu naszego Słońca. Łódzcy naukowcy mają nadzieję, że obserwacje teleskopami czerenkowskimi w nadchodzących latach pozwolą uzyskać odpowiedź także na to pytanie.

Agnieszka Grzelak-Michałowska