Lekki olbrzym ujawnia brakujący etap ewolucji

Dr Varsha Ramachandran z Centrum Astronomii Uniwersytetu w Heidelbergu (ZAH) wraz ze współpracownikami odkrył pierwszą „bezmasową” gwiazdę o średniej masie. Odkrycie stanowi brakujące ogniwo w naszym obrazie ewolucji gwiazd w kierunku łączenia układów gwiazd neutronowych, co jest niezbędne do zrozumienia pochodzenia ciężkich pierwiastków, takich jak srebro i złoto. Dr Ramachandran jest pracownikiem naukowym ze stopniem doktora w grupie badawczej dr. Andreasa Sandera z Instytutu Astronomii w Reschen (ARI) ZAH. Wyniki te są obecnie publikowane w Astronomia i astrofizyka.

Zespół naukowców odkrył pierwszego przedstawiciela od dawna przewidywanych, ale jeszcze niepotwierdzonych gwiazd o masie pośredniej. „Gwiazdy obcięte” to gwiazdy, które utraciły większość swoich zewnętrznych warstw, odsłaniając gorące, gęste, bogate w hel jądra, które powstały w wyniku fuzji jądrowej wodoru z helem. Większość tych nagich gwiazd powstaje w układach podwójnych gwiazd, w których silna grawitacja jednej gwiazdy zanika i gromadzi się materia jej towarzysza.

Od dawna astrofizycy znają abstrakcyjne, małomasywne gwiazdy, znane jako podkarły, a także ich masywne kuzynki, znane jako gwiazdy Wolfa-Rayeta. Ale jak dotąd nigdy nie byli w stanie znaleźć żadnej z tych tak zwanych „nagich gwiazd o średniej masie”, co rodzi pytania o to, czy nasz podstawowy obraz teoretyczny wymaga poważnej rewizji.

Skanując gorące, jasne gwiazdy za pomocą instrumentów spektroskopowych o wysokiej rozdzielczości Bardzo Dużego Teleskopu VLT w Chile, należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego, dr Ramachandran i jej współpracownicy wykryli podejrzane sygnały w widmie niegdyś masywnej, gorącej gwiazdy. Sklasyfikowany jako pojedynczy obiekt. Szczegółowe badanie widma ujawniło, że obiekt nie jest pojedynczą gwiazdą, ale w rzeczywistości układem podwójnym składającym się z gwiazdy o średniej masie i szybko wirującej przyczepy, tzw. nagi protoplasta gwiazdy.

System znajduje się w sąsiedniej galaktyce karłowatej zwanej Małym Obłokiem Magellana (SMC). Gwiazdy w tej galaktyce mają mniejszą obfitość cięższych pierwiastków, które astrofizycy nazywają po prostu „metalami”, niż masywne gwiazdy w naszej Drodze Mlecznej. Zatem masywne, ubogie w metale gwiazdy w SMC służą jako okno na przeszłość naszej galaktyki i chemiczną ewolucję wszechświata.

Dr Ramachandran ukończyła studia licencjackie w Indiach, zanim przeniosła się do Poczdamu w Niemczech, aby uzyskać stopień doktora. Od września 2021 pracuje w ZAH/ARI. „Naszym odkryciem udowadniamy, że dawno utracone gromady tych gwiazd rzeczywiście istnieją. Ale nasze odkrycia sugerują również, że mogą one wyglądać zupełnie inaczej niż się spodziewaliśmy” – wyjaśnia dr Ramachandran, który dodaje, że zamiast całkowicie tracić swoje zewnętrzne warstwy, które mogą zachować. Takie gwiazdy mają niewielką, ale wystarczającą ilość wodoru nad rdzeniem helowym, co sprawia, że ​​wydają się znacznie większe i chłodniejsze, niż są w rzeczywistości.

„Dlatego nazywamy je„ częściowo nagimi gwiazdami ”- dodaje. Dr Andreas Sander zwraca uwagę, że pozostały płaszcz wodoru jest formą przebrania. „Częściowo nagie gwiazdy wyglądają bardzo podobnie do zwykłych, nienagich gwiazd, a więc zasadniczo ukrywają się na widoku. Tylko dane o wysokiej rozdzielczości w połączeniu z dokładną analizą spektralną i szczegółowymi modelami komputerowymi mogą ujawnić jego prawdziwą naturę”.

Nic dziwnego, że tak długo unikali wykrycia. „Specjalnym darem tej gwiazdy była jej masa: może się wydawać, że jest kilka razy masywniejsza od naszego Słońca, ale jest to niezwykłe światło jak na jej gigantyczny niebieski wygląd” – wyjaśnia lider grupy badawczej.

Dr Jacob Klinke, niezależny pracownik naukowy w Europejskim Obserwatorium Południowym (ESO) i współautor przedmiotowego artykułu naukowego, wyjaśnia, że ​​nowo odkryty system służy jako krytyczne ogniwo w łańcuchu ewolucyjnym, który łączy kilka różnych „gatunków” organizmów obcych. „Nasze modele ewolucji gwiazd przewidują, że za około milion lat naga gwiazda eksploduje jako przypuszczalnie otoczona supernowa, pozostawiając po sobie pozostałość gwiazdy neutronowej” – mówi dr Klinke.

Odkrycie dokonane przez dr Ramachandran i jej współpracowników oznacza pierwszą nagą gwiazdę, jaką dotychczas znaleziono w galaktyce ubogiej w minerały. Jeśli układ podwójny przeżyje eksplozję supernowej, role dwóch gwiazd odwrócą się: towarzysz Be-gwiazda przekaże masę kompleksowi gwiazdy neutronowej, stając się tak zwanym układem podwójnym Be-ray.

Takie niezwykłe układy są uważane za prekursorów łączenia się podwójnych gwiazd neutronowych, być może największych kosmicznych scen obserwowanych do tej pory i pochodzenia pierwiastków chemicznych, takich jak srebro czy złoto. Zrozumienie ścieżki ich powstawania jest jednym z głównych wyzwań współczesnej astrofizyki, a obserwacje pośrednich etapów ewolucji są niezbędne do osiągnięcia tego celu.

„Nasze odkrycie dodaje ważny element do układanki, dostarczając pierwszych bezpośrednich ograniczeń dotyczących tego, jak przebiega ewolucja transferu masy w tak masywnych układach gwiezdnych” – podsumowuje dr Ramachandran.