Przełomowe odkrycie międzynarodowego zespołu astronomów ujawniło zupełnie nową klasę kosmicznych źródeł promieniowania rentgenowskiego.
Odkrycie to, prowadzone pod kierunkiem naukowców z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, opublikowane w Listy do dzienników astrofizycznychrzuca światło na tajemnicze zjawiska niebieskie.
Zjawiska kosmicznego promieniowania rentgenowskiego
Większość ludzi zna zdjęcia rentgenowskie stosowane w placówkach medycznych, gdzie pomagają uzyskać obrazy kości lub zdiagnozować schorzenia, takie jak choroby płuc. W takich przypadkach promienie rentgenowskie powstają przy użyciu sztucznych źródeł.
Wielu nie zdaje sobie sprawy, że ciała niebieskie mogą również emitować promieniowanie rentgenowskie. „Niektóre zjawiska kosmiczne w sposób naturalny wytwarzają promieniowanie rentgenowskie” – mówi dr Przemek Mróz, główny autor badania. „Na przykład promieniowanie rentgenowskie może być wytwarzane przez gorący gaz opadający na zwarte obiekty, takie jak białe karły, gwiazdy neutronowe lub czarne dziury. Promienie rentgenowskie można również wytwarzać poprzez spowalnianie naładowanych cząstek, takich jak elektrony.
Odkrycie niezwykłych obiektów niebieskich
Zespół badaczy odkrył 29 niezwykłych obiektów w Obłokach Magellana, dwóch galaktykach satelitarnych w pobliżu Droga Mleczna. Obiekty te wykazywały zaskakujące zachowanie: podczas długotrwałych wybuchów, trwających zazwyczaj kilka miesięcy, ich jasność wzrosła 10 do 20 razy. Podczas gdy niektóre z tych obiektów wykazywały powtarzające się wybuchy co kilka lat, inne rozbłyskiwały tylko raz w okresie obserwacji.
Zespół odkrył te obiekty analizując dane z ponad 20 lat zebrane w ramach przeglądu Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE), prowadzonego przez astronomów z Uniwersytetu Warszawskiego.
Charakterystyka i obserwacje OGLE-mNOVA-11
Jeden z wykrytych obiektów, nazwany OGLE-mNOVA-11, rozpoczął wybuch w listopadzie 2023 r., zapewniając wyjątkową okazję do szczegółowych badań.
„Obserwowaliśmy tę gwiazdę za pomocą Południowoafrykańskiego Wielkiego Teleskopu (SALT), jednego z największych teleskopów na świecie” – mówi dr Mróz. „Jego widmo optyczne ujawniło sygnatury zjonizowanych atomów helu, węgla i azotu, co wskazuje na wyjątkowo wysokie temperatury”.
Gwiazdę obserwował także m.in Obserwatorium Neila Gehrelsa Swiftaktóry wykrył promienie rentgenowskie odpowiadające temperaturze 600 000 stopni Celsjusz. Biorąc pod uwagę odległość wynoszącą ponad 160 000 lat świetlnych, OGLE-mNOVA-11 emitowała jasność ponad 100 razy większą niż Słońce.
Natura i wpływ Millinovae
Niezwykłe właściwości obiektu bardzo przypominają inny układ, nazwany ASASSN-16oh, odkryty w 2016 roku w ramach All Sky Automated Survey for SuperNovae.
„Uważamy, że OGLE-mNOVA-11, ASASSN-16oh i pozostałych 27 obiektów tworzą nową klasę przejściowych źródeł promieniowania rentgenowskiego” – mówi dr Mróz. „Nazwaliśmy je millinowymi, ponieważ ich szczytowa jasność jest mniej więcej tysiąc razy niższa niż w przypadku klasycznych nowych”.
Uważa się, że Millinovae to układy podwójne gwiazd składające się z dwóch obiektów krążących wokół siebie w odstępie kilku dni. Biały karzeł – gęsta pozostałość po niegdyś masywnej gwieździe – krąży blisko gwiazdy podolbrzyma, której jądro wyczerpało wodór i rozszerzyło się. Bliskość obu gwiazd umożliwia przepływ materii z podolbrzyma do biały karzeł.
Wyjaśnienia teoretyczne i implikacje astrofizyczne
Źródło promieni rentgenowskich pozostaje tajemnicą, ale naukowcy zaproponowali dwa możliwe wyjaśnienia. Według jednego ze scenariuszy promienie rentgenowskie mogą powstać, gdy materia podolbrzyma opada na powierzchnię białego karła, uwalniając energię.
Alternatywnie promieniowanie rentgenowskie może pochodzić z ucieczki termojądrowej na powierzchni białego karła. Gdy materia gromadzi się na białym karle, wodór zapala się, powodując eksplozję termojądrową, ale nie na tyle gwałtowną, aby wyrzucić materię.
Jeśli ta ostatnia hipoteza jest prawidłowa, wówczas millinowe mogą odegrać kluczową rolę w astrofizyce. W miarę wzrostu masy biały karzeł może ostatecznie osiągnąć próg krytyczny (około 1,4 masy Słońca), po czym może eksplodować jako supernowa typu Ia.
Astronomowie używają supernowych typu Ia jako świec standardowych do pomiaru odległości kosmicznych. W szczególności obserwacje supernowych typu Ia doprowadziły do odkrycia przyspieszającej ekspansji Wszechświata, za co w 2011 roku przyznano Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Jednak dokładni przodkowie supernowych typu Ia pozostają nieznani.
Odniesienie: „Millinovae: A New Class of Transient Supersoft X-Ray Sources Without a Classical Nova Eruption” Przemek Mróz, Krzysztof Król, Hélène Szegedi, Philip Charles, Kim L. Page, Andrzej Udalski, David AH Buckley, Gulab Dewangan, Pieter Meintjes, Michał K. Szymański, Igor Soszyński, Paweł Pietrukowicz, Szymon Kozłowski, Radosław Poleski, Jan Skowron, Krzysztof Ulaczyk, Mariusz Gromadzki, Krzysztof Rybicki, Patryk Iwanek, Marcin Wrona i Mateusz J. Mróz, 12 grudnia 2024 r., Listy z dziennika astrofizycznego.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad969b
Artykuł jest efektem współpracy naukowców z Obserwatorium Astronomicznego UW z badaczami m.in. z University of Southampton, University of Leicester (Wielka Brytania), University of Cape Town i University of the Free State (South Afryka).
