Chandra odkrywa ukrytego towarzysza „pozornej supernowej”

Od ponad dekady astronomowie obserwują, jak masywna gwiazda w galaktyce NGC 4559 rozbłyska niczym supernowa, po czym wraca do dawnej jasności – i tak mniej więcej trzy razy w roku. Teleskop rentgenowski Chandra pozwolił wreszcie wskazać przyczynę: ukrytego towarzysza, którym jest czarna dziura albo gwiazda neutronowa. Wyniki ukazały się 9 listopada w The Astrophysical Journal.

This release features a composite image of a spiral galaxy with a giant, unstable star at its outer edge. Using Chandra, astronomers have discovered the star’s previously hidden companion, which triggers luminous outbursts every 113 days. The spiral galaxy is NGC 4559. Shown at a sharp angle in the composite image, its flat pink and milky blue face tilts toward our upper left. Sitting near the outer edge of the dense spiral, near the center of the frame, is a small group of pink and blue dots. This group is outlined with a white square, enlarged and annotated in supporting images. The smallest pink dot in the square is AT 2016blu, a massive star some 33 times the size of our Sun. For over 15 years astronomers have been watching this star get bright and then dim again in optical light on a regular basis. Chandra’s X-ray observations suggest that a hidden companion object, either a stellar mass black hole or a neutron star, is pulling material from AT 2016blu every 113 days as they orbit one another. This captured material gets so hot that it shines brightly in X-rays. Other pink and blue specks within the white square and enlargement are unresolved stars or star clusters, too distant to be related to the movement of material between AT 2016blu and its hidden but influential neighbor. — *Galaktyka NGC 4559, około 30 mln lat świetlnych od Ziemi. Dane rentgenowskie z Chandry (fioletowe punkty) połączono z obrazem optycznym SDSS.*
*Źródło: NASA/CXC/Univ. of Virginia/M. Aghakhanloo i inni; SDSS; NASA/CXC/SAO/P. Edmonds*

Gwiazda, która nie chce wybuchnąć

Obiekt AT 2016blu leży w galaktyce spiralnej NGC 4559, około 30 milionów lat świetlnych od nas. To gwiazda o masie co najmniej 33 razy większej od masy Słońca, zaliczana do gwiazd zmiennych typu LBV (od ang. luminous blue variable, czyli jasna niebieska zmienna) – gorących, masywnych gwiazd, które gwałtownie zmieniają jasność. Najsłynniejszą z nich jest Eta Carinae w naszej Galaktyce.

AT 2016blu wyróżnia się jednak nawet na tym tle. Jej rozbłyski są tak silne, że przypominają wybuchy supernowych – z tą różnicą, że gwiazda nie ulega zniszczeniu. Dlatego nazywa się ją fałszywą supernową (ang. supernova impostor). W latach 2012–2026 zarejestrowano co najmniej 27 rozbłysków w świetle widzialnym, powtarzających się co około 113 dni. Skąd taka regularność, nie było wiadomo.

Zasadzka w świetle rentgenowskim

Zespół kierowany przez Mojgan Aghakhanloo z Uniwersytetu Wirginii podejrzewał, że za rozbłyskami w świetle widzialnym kryją się okresowe wyrzuty promieniowania rentgenowskiego. Według tej koncepcji, którą przedstawił współautor Nathan Smith z Uniwersytetu Arizony, gęsty gaz wokół układu jest ogrzewany przez promienie X i dopiero wtedy zaczyna świecić w świetle widzialnym. Obserwacje rentgenowskie trzeba było więc zaplanować dokładnie na czas trwania rozbłysku. Dopóki nie mogliśmy zdobyć danych z Chandry we właściwym momencie, nie potrafiliśmy ustalić, co za tym stoi – powiedział Aghakhanloo.

Jasność gwiazdy monitorowano za pomocą teleskopu KAIT, sieci teleskopów Las Cumbres Observatory (w ramach programu Global Supernova Project) oraz obserwacji Amerykańskiego Stowarzyszenia Obserwatorów Gwiazd Zmiennych (AAVSO), w tym ponad 30 miłośników astronomii. Gdy na początku 2026 roku gwiazda przeżywała kolejny rozbłysk, uruchomiono tryb obserwacji nadzwyczajnych (Target of Opportunity), a między 24 a 27 marca Chandra skierowała się na NGC 4559. Tylko ona ma wystarczająco ostry wzrok w zakresie rentgenowskim, by odróżnić AT 2016blu od innego jasnego źródła rentgenowskiego leżącego tuż obok.

Co wykazała Chandra

W marcu 2026 roku AT 2016blu świeciła w promieniach rentgenowskich co najmniej 100 razy jaśniej niż w archiwalnych obserwacjach Chandry z lat 2001–2002, a więc sprzed pierwszego zarejestrowanego rozbłysku w 2012 roku. Najlepszym wyjaśnieniem jest obecność zwartego towarzysza – czarnej dziury o masie gwiazdowej lub gwiazdy neutronowej. Oba obiekty obiegają wspólny środek masy po eliptycznej orbicie z okresem 113 dni. Gdy zbliżają się do siebie najbardziej, materia odrzucana przez gwiazdę zostaje przechwycona przez towarzysza. Opadając na niego, porusza się z prędkością bliską prędkości światła i nagrzewa się na tyle, że jasno świeci w promieniach X.

Który z dwóch możliwych towarzyszy wchodzi w grę, na razie pozostaje otwarte. Gwiazda neutronowa to bardzo gęsty, zapadnięty rdzeń masywnej gwiazdy, a czarna dziura jest obiektem jeszcze bardziej zwartym – oba potrafią silnie przyciągać materię z sąsiada.

Dlaczego to ważne

To pierwsze wykrycie w promieniach rentgenowskich gwiazdy tego typu i zarazem pierwszy przypadek, w którym towarzyszem takiej gwiazdy jest czarna dziura lub gwiazda neutronowa. Jasność rentgenowska AT 2016blu jest na tyle duża, że układ można uznać za kandydata na ultraintensywne źródło rentgenowskie (ULX). To rzadka klasa obiektów, których natury wciąż w pełni nie rozumiemy: według obecnych poglądów część z nich zawiera gwiazdy neutronowe, a część czarne dziury. Nowe obserwacje sugerują możliwy związek między ULX a gwałtownymi erupcjami gwiazd, zwłaszcza że wiele ULX wyraźnie zmienia jasność w promieniach X.

Odkrycie może też pomóc w badaniach gwiazd, które zmieniają jasność tuż przed wybuchem supernowej. Astronomowie podejrzewają, że w wielu takich przypadkach winne jest towarzystwo: zwarty obiekt albo druga masywna gwiazda.

Źródła