Za pomocą należącego do ESO teleskopu VLT międzynarodowy zespół astronomów znalazł najgorętszy i najmasywniejszy układ podwójny kontaktowy ze składnikami tak blisko siebie, że się dotykają. Dwie gwiazdy w ekstremalnym systemie VFTS 352 być może zmierzają ku dramatycznemu końcowi, w trakcie którego złączą się tworząc nową, gigantyczną, pojedynczą gwiazdę, albo utworzą podwójną czarną dziurę.

Układ podwójny gwiazd VFTS 352 znajduje się około 160 000 lat świetlnych od nas w Mgławicy Tarantula [1]. Ten znaczący region jest najbardziej aktywnym matecznikiem nowych gwiazd w pobliskim Wszechświecie, a nowe obserwacje z teleskopu VLT [2] ujawniły, że para młodych gwiazd należy do najbardziej ekstremalnych i najdziwniejszych spośród do tej pory odkrytych.

VFTS 352 skład się z dwóch bardzo gorących, jasnych i masywnych gwiazd, które okrążają się nawzajem w nieco ponad jeden dzień. Środki obu gwiazd są odseparowane o zaledwie 12 milionów kilometrów [3]. W rzeczywistości gwiazdy są tak blisko, że ich powierzchnie nakładają się i powstał pomiędzy nimi most. VFTS 352 nie tylko jest najbardziej masywną spośród nielicznej klasy układów podwójnych kontaktowych dzielących wspólną otoczkę (w języku angielskim tzw. „overcontact binaries”) – ma łączną masę około 57 mas Słońca – ale także zawiera najgorętsze składniki – o temperaturze powierzchniowej około 40 000 stopni Celsjusza.

Ekstremalne gwiazdy, takie jak oba składniki VFTS 352, odgrywają kluczową rolę w ewolucji galaktyk i uważa się, że są głównymi producentami pierwiastków takich jak tlen. Tego typu gwiazdy podwójne są także związane z egzotycznym zachowaniem wykazywanym przez „wampiryczne gwiazdy”, w których mniejsza towarzyszka wysysa materię z powierzchni swojej większej sąsiadki (eso1230).

ESO

Na zdjęciu ukazana jest mgławica Tarantula wraz z zaznaczonym położeniem układu podwójnego VFTS 352. Obraz składa się ze zdjęć w świetle widzialnym wykonanych przez 2,2-metrowy teleskop MPG/ESO w La Silla oraz zdjęć w podczerwieni wykonanych przez teleskop VISTA w Paranal.

Jednak w przypadku VFTS 352 obie gwiazdy systemu są prawie identyczne pod względem rozmiarów. Materia nie jest zatem wysysana z jednej do drugiej, ale zamiast tego jest współdzielona [4]. Szacuje się, że składniki układu VFTS 352 współdzielą około 30 procent swojej materii.

Tego typu system jest bardzo rzadki, ponieważ ta faza życia gwiazd jest krótka, co czyni je trudnymi do zaobserwowania. Ponieważ gwiazdy są tak blisko siebie, astronomowie sądzą, że silne siły pływowe powodują wzmocnione mieszanie materii we wnętrzach gwiazd.

„VFTS 352 jest najlepszym znalezionym przykładem gorącej i masywnej gwiazdy podwójnej, która może wykazywać ten rodzaj wewnętrznego mieszania” wyjaśnia główny autor Leonardo A. Almeida z University of São Paulo (Brazylia). „Jako taki stanowi fascynujące i ważne odkrycie.”

Astronomowie przewidują, że VFTS 352 czeka kataklizmiczny los na jeden z dwóch sposobów. Pierwszym potencjalnym wariantem jest połączenie się dwóch gwiazd, które zapewne spowoduje utworzenie gwałtownie rotującej i przypuszczalnie magnetycznej, olbrzymiej, pojedynczej gwiazdy. „Jeśli będzie gwałtownie się obracać, może skończyć swój żywot w formie jednej z najbardziej energetycznych eksplozji we Wszechświecie znanej jako długi błysk gamma” mówi główny naukowiec projektu, Hugues Sana z University of Leuven w Belgii [5].

Druga z możliwości została wyjaśniona przez głównego astrofizyka teoretycznego w zespole, którym jest Selma de Mink z University of Amsterdam: „Jeżeli gwiazdy są wymieszane odpowiednio dobrze, wtedy obie mogą pozostać zwarte i system VFTS 352 uniknie połączenia. Doprowadzi to oba obiekty na nowe ścieżki ewolucyjne, całkowicie inne niż przewidywane w teorii ewolucji gwiazd. W przypadku VFTS 352 składniki prawdopodobnie skończą swoje życie w wybuchach supernowych, tworząc bliski układ podwójny czarnych dziur. Taki obiekt będzie silnym źródłem fal grawitacyjnych.”

Udowodnienie istnienia tej drugiej ścieżki ewolucyjnej [6] będzie obserwacyjnym przełomem na polu astrofizyki gwiazdowej. Ale niezależnie od tego jaki los czeka VFTS 352, system ten już dostarczył astronomom nowych, cennych danych na temat słabo zrozumianego procesu ewolucyjnego masywnych układów podwójnych kontaktowych ze współdzieloną otoczką.

Uwagi

[1] Nazwa gwiazdy wskazuje, że była ona obserwowana w ramach przeglądu VLT FLAMES Tarantula Survey, korzystającego z instrumentów FLAMES oraz GIRAFFE na teleskopie VLT do zbadania ponad 900 gwiazd w obszarze 30 Doradus w Wielkim Obłoku Magellana (LMC). Przegląd doprowadził do tej pory do wielu ciekawych i ważnych odkryć, w tym najszybciej obracającej się gwiazdy (eso1147) oraz samotnie uciekającej niesamowicie masywnej gwiazdy (eso1117). Pomaga astronomom w odpowiedzi na wiele fundamentalnych pytań dotyczących tego jaki wpływ na masywne gwiazdy ma rotacja, podwójność oraz dynamika w gęstych gromadach gwiazd.

[2] W niniejszych badaniach wykorzystano także pomiary jasności VFTS 352 w okresie dwunastu lat, wykonane w ramach przeglądu OGLE prowadzonego przez polskich astronomów z Uniwersytetu Warszawskiego.

[3] Oba składniki są sklasyfikowane jako gwiazdy typu O. Tego rodzaju gwiazdy są zazwyczaj od 15 do 80 razy masywniejsze niż Słońce i mogą być miliony razy jaśniejsze. Są tak gorące, że świecą w biało-niebieskim kolorze i mają temperatury powierzchniowe ponad 30000 stopni Celsjusza.

[4] Te obszary wokół gwiazd zwane są strefami Roche’a. W układzie kontaktowym ze wspólną otoczką, takim jak VFTS 352, obie gwiazd wypełniają swoje strefy Roche’a.

[5] Rozbłyski gamma są błyskami wysokoenergetycznego promieniowania gamma wykrywanego z orbity przez satelity. Występują w dwóch rodzajach – krótkie (krótsze niż kilka sekund) oraz długie (dłuższe niż kilka sekund). Długie błyski gamma są bardziej powszechne i uważa się je za oznakę śmierci masywnej gwiazdy, są także związane z klasą bardzo energetycznych wybuchów supernowych.

[6] Fale grawitacyjne, przewidywane przez ogólną teorię względności Einsteina, są zaburzeniami czasoprzestrzeni. Znaczące fale grawitacyjne są generowane podczas ekstremalnych zmian silnych pól grawitacyjnych, na przykład w trakcie połączenia się dwóch czarnych dziur.