Od 13 lat astronomowie z Uniwersytetu Warszawskiego przyglądają się gwieździe V1213 Centauri, która wybuchła 8 maja 2009 roku. Analiza danych, które zebrali, potwierdza teorię hibernacji gwiazd nowych.

To przełom w interpretacji mechanizmów prowadzących do gigantycznych kataklizmów kosmicznych, jakimi są wybuchy gwiazd nowych. Odkrycie zostało zaprezentowane na łamach prestiżowego tygodnika naukowego „Nature”.

Największe eksplozje w kosmosie

– Wybuchy gwiazd nowych należą do największych eksplozji gwiazdowych obserwowanych we Wszechświecie. W ciągu kilku godzin nowe jaśnieją ponad kilkanaście tysięcy razy, stając się jednymi z najjaśniejszych obiektów w Galaktyce – wyjaśnia Przemysław Mróz, pierwszy autor publikacji w czasopiśmie „Nature”, doktorant z Obserwatorium Astronomicznego UW.

Gwiazdy nowe to układy podwójne składające się z dwóch gwiazd krążących po bardzo ciasnych orbitach – tak ciasnych, że układ zmieściłby się wewnątrz Słońca. Jednym ze składników jest biały karzeł, czyli „wypalona” gwiazda, we wnętrzu której nie zachodzą już reakcje termojądrowe.

Druga gwiazda jest rozciągnięta przez siły grawitacyjne i traci materię, która przepływa w kierunku białego karła, gromadząc się na jego powierzchni. W momencie, gdy masa zgromadzonego tam gazu jest dostatecznie duża, rozpoczyna się łańcuch reakcji termojądrowych. Obserwujemy wówczas gwałtowny kataklizm, ogromne pojaśnienie całego układu – wybuch gwiazdy nowej.

Po pewnym czasie od wybuchu materia zaczyna ponownie gromadzić się na powierzchni białego karła. Astronomowie przewidują, że w danym układzie wybuchy nowych powinny się powtarzać po czasie od kilkunastu tysięcy do kilku milionów lat. Ta skala czasowa jest znacznie dłuższa niż dostępne historyczne obserwacje. Nie wiadomo więc, co dzieje się z systemem gwiazdy nowej pomiędzy kolejnymi wybuchami.

Teoria hibernacji

Jedną z hipotez opisujących zachowanie gwiazd nowych pomiędzy wybuchami jest teoria hibernacji, według której kilkadziesiąt – kilkaset lat po wybuchu nowej układ powinien znaleźć się w stanie o niskiej aktywności (zwanym „hibernacją”), gdy przepływ masy praktycznie ustaje. Według tej hipotezy wybuch termojądrowy na powierzchni białego karła, a w konsekwencji – bardzo silne oświetlenie towarzysza, wpływa na jego strukturę. Sąsiad białego karła puchnie i traci materię w znacznie szybszym tempie. Przepływ gazu ustaje dopiero po kilkuset latach, kiedy oświetlenie znacząco zmaleje.

Jednym z argumentów na korzyść teorii hibernacji było odkrycie bardzo słabych otoczek wokół dwóch układów o małej aktywności – pozostałości po wybuchach nowych sprzed kilku tysięcy lat. Jednak nie udało się dotąd zaobserwować bezpośrednio, jak wybuchy nowych wpływają na własności gwiazd w układzie i na tempo przepływu materii.

50 razy jaśniejsza

Autorzy pracy w „Nature” opisują wieloletnie obserwacje gwiazdy V1213 Centauri (Nova Centauri 2009), która wybuchła 8 maja 2009 r. Znajduje się w gwiazdozbiorze Centaura w odległości 23 tysięcy lat świetlnych od Ziemi. Dane zostały zebrane przy użyciu 1,3-m Teleskopu Warszawskiego w stacji UW znajdującej się w Obserwatorium Las Campanas w Chile. Obserwacje wykonane w ramach przeglądu nieba The Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) obejmują okres kilku lat przed wybuchem i po nim. Sam wybuch nowej z 2009 r. został odkryty podczas innego przeglądu nieba All Sky Automated Survey prowadzonego również w Obserwatorium Astronomicznym UW.

– Nasze obserwacje są zgodne z przewidywaniami teorii hibernacji. Po raz pierwszy mogliśmy tak dokładnie prześledzić ewolucję nowej przed wybuchem i po nim – mówi Przemysław Mróz.

Jasność V1213 Centauri przed wybuchem nie była stała. Obserwowano charakterystyczne pojaśnienia układu trwające po kilka dni – zachowanie typowe dla tzw. gwiazd nowych karłowatych. Świadczyło ono o niewielkim i niestabilnym przepływie materii w układzie, a każde pojaśnienie było wywołane zrzuceniem na powierzchnię białego karła drobnej porcji gazu o masie zbliżonej do masy średniej wielkości planetoidy. Z każdym takim pojaśnieniem masa wodorowej otoczki rosła, aż w końcu osiągnęła wartość krytyczną, co wywołało wybuch V1213 Centauri jako gwiazdy nowej.

Obecnie, siedem lat po wybuchu nowej, gwiazda jest około pięćdziesiąt razy jaśniejsza. Potwierdza to, że tempo utraty materii przez gwiazdę sąsiadkę znacznie wzrosło. Najprawdopodobniej wzrost ten wynika z bardzo silnego oświetlenia powierzchni gwiazdy w trakcie wybuchu nowej. Obserwacje opublikowane przez zespół OGLE dostarczają więc przełomowych danych empirycznych testujących kluczowe przewidywania teorii hibernacji.

Co dalej z nową?

Jaki będzie dalszy los nowej V1213 Centauri? Przez najbliższe kilkadziesiąt lat jej jasność będzie dalej słabła wraz ze zmniejszającym się ciągle transferem masy z gwiazdy sąsiadki na białego karła. Gdy spadnie on do niewielkich wartości, układ przekształci się ponownie w nową karłowatą lub ulegnie pełnej hibernacji na długie tysiące lat, aż do kolejnego przebudzenia i wybuchu jako gwiazda nowa.

Zachowanie V1213 Centauri będzie w przyszłości starannie śledzone przez astronomów w celu pełnego zrozumienia procesów ewolucji gwiazd nowych.

– Nasze odkrycie to kolejny dowód na to, że wieloletnie obserwacje projektu OGLE umożliwiają badanie unikalnych zjawisk – mówi profesor Andrzej Udalski, dyrektor Obserwatorium Astronomicznego UW i kierownik zespołu OGLE. – Kilka lat temu zaobserwowaliśmy proces łączenia się dwóch gwiazd, który doprowadził do innego typu wielkiego wybuchu – tzw. gwiazdy czerwonej nowej. Przegląd nieba OGLE działa od prawie dwudziestu pięciu lat i jest jednym z największych współczesnych przeglądów nieba na świecie – dodaje prof. Udalski.

Jednym z pierwszych celów projektu OGLE było poszukiwanie i badanie zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Obecnie prowadzone badania dotyczą bardzo wielu dziedzin współczesnej astrofizyki – poszukiwania planet pozasłonecznych, badania struktury i ewolucji Drogi Mlecznej i sąsiednich galaktyk, gwiazd zmiennych, kwazarów, zjawisk przejściowych (gwiazd nowych, supernowych itp.).