Ukryte białe karły odkryte w kosmicznym sąsiedztwie Słońca

Przez dekady wydawało się, że najbliższe otoczenie Słońca jest już dobrze poznane. Tymczasem zespół astronomów z Uniwersytetu Warwick i University of Colorado Boulder pokazał, że w promieniu zaledwie 65 lat świetlnych wciąż można znaleźć zaskoczenia. Wykorzystując Kosmiczny Teleskop Hubble’a, naukowcy bezpośrednio potwierdzili istnienie czterech białych karłów, które od lat skrywały się w blasku swoich jaśniejszych towarzyszy – czerwonych karłów.

*Wizja artystyczna czerwonego karła z białym karłem wystającym zza niego. Średnice obu gwiazd przedstawiono w skali. Źródło: Mark A. Garlick / Uniwersytet w Warwick*

Gwiazdy, które trudno dostrzec

Biały karzeł to pozostałość po gwieździe podobnej do Słońca, która wyczerpała paliwo do reakcji termojądrowych. Jej jądro zapada się, tworząc niewielki, gęsty obiekt – bez fuzji jądrowej gwiazda taka stopniowo stygnie i gaśnie. Same w sobie, jako obiekty izolowane, białe karły są stosunkowo łatwe do wykrycia w naszym kosmicznym sąsiedztwie. Problem pojawia się, gdy krążą w układzie podwójnym z czerwonym karłem – gwiazdą mniejszą masą, ale znacznie jaśniejszą w świetle widzialnym. Blask czerwonego karła skutecznie zagłusza słaby sygnał swojego wygasłego towarzysza.

– Izolowane białe karły w naszym sąsiedztwie zwykle łatwo znaleźć, ale tych czterech gwiazd nie dało się dostrzec bezpośrednio w świetle widzialnym, bo ich towarzysze zagłuszali ich blask – wyjaśniła dr Mairi O’Brien, główna autorka badania i pracowniczka naukowa Uniwersytetu Warwick. – To przypomnienie, że nawet we własnym kosmicznym sąsiedztwie wciąż można znaleźć niespodzianki, jeśli tylko spojrzeć we właściwy sposób, na właściwej długości fali.

Jak namierzono ukrywające się gwiazdy

Tropem, który naprowadził badaczy na cztery nowe układy – oznaczone jako G 203-47, GJ 207.1, LHS 1817 i Wolf 1130 – było subtelne kołysanie czerwonych karłów. Niewidoczny, ale masywny towarzysz powoduje, że gwiazda regularnie przesuwa się w przód i w tył względem wspólnego środka masy układu. Taki sygnał wystarczył, by podejrzewać obecność ukrytego obiektu, ale dopiero obserwacje w ultrafiolecie pozwoliły to potwierdzić.

Białe karły, mimo niskiej jasności w zakresie widzialnym, wyraźnie odznaczają się w ultrafiolecie – ich powierzchnia jest znacznie gorętsza niż powierzchnia czerwonego karła. Problem w tym, że czerwone karły bywają aktywne i generują silne rozbłyski, które w ultrafiolecie potrafią naśladować sygnał białego karła. Zespół opracował więc niestandardowe metody kalibracji, pozwalające odróżnić prawdziwy sygnał gwiezdnej pozostałości od chwilowego rozbłysku. Dzięki spektroskopii ultrafioletowej z instrumentu STIS na Hubble’u udało się ostatecznie potwierdzić obecność wszystkich czterech białych karłów. Ich temperatury powierzchni mieszczą się w przedziale około 4980–6090°C, a więc są zbliżone do temperatury powierzchni Słońca.

Zagadkowy przypadek G 203-47

Najbardziej intrygującym z odkrytych układów okazał się G 203-47, oddalony od nas o zaledwie 25 lat świetlnych. Od pierwszej obserwacji charakterystycznego kołysania do potwierdzenia obecności ukrytego białego karła minęło aż 27 lat. Dziś obiekt ten jest oficjalnie dziewiątym najbliższym Słońcu znanym białym karłem.

Układ zaskakuje jeszcze jedną cechą. Zwykle siły pływowe synchronizują rotację gwiazdy z jej ruchem orbitalnym wokół towarzysza – podobnie jak Księżyc, który zawsze zwrócony jest do Ziemi tą samą stroną. Tymczasem w G 203-47 czerwony karzeł okrąża białego karła co 14,9 dnia, ale sam obraca się wokół własnej osi raz na ponad sto dni.

– To fascynujące, że G 203-47 nie powinien obracać się tak wolno, gdyby powstał w taki sam sposób jak podobne układy – zauważył David Wilson, współautor badania z University of Colorado Boulder. – Sugeruje to, że takie układy podwójne miały bardzo różne historie ewolucyjne. Niektóre przeszły gwałtowne, długotrwałe interakcje, które zsynchronizowały je pływowo. Inne, jak G 203-47, doświadczyły łagodniejszych, krótszych epizodów, które pozostawiły je w tym nietypowym stanie.

Dlaczego to odkrycie ma znaczenie

Cztery nowo potwierdzone białe karły pozwoliły zaktualizować spis gwiazd tego typu w promieniu 20 parseków (65 lat świetlnych) od Słońca. Co istotne, modele populacyjne przewidywały istnienie w tym obszarze od czterech do pięciu ciasnych par białego i czerwonego karła – zespół znalazł dokładnie cztery, co bardzo dobrze zgadza się z teoretycznymi przewidywaniami.

Jednocześnie badanie pokazuje, jak wiele wciąż pozostaje do odkrycia. – Zaledwie około 30 procent czerwonych karłów w promieniu 20 parseków zostało systematycznie przebadanych pod kątem ukrytych towarzyszy będących białymi karłami – podkreślił prof. Pier-Emmanuel Tremblay z Uniwersytetu Warwick. – Sądzimy, że w naszym lokalnym otoczeniu gwiazdowym może czekać na odkrycie jeszcze dziewięć lub dziesięć takich układów. Jeśli włożymy więcej wysiłków w obserwacje czerwonych karłów, być może znajdziemy kolejne niespodzianki.

Ponieważ czerwone karły są najliczniejszym typem gwiazd w Drodze Mlecznej, dokładniejsze zbadanie ich okolic może znacząco poprawić nasze rozumienie struktury i historii najbliższego kosmicznego sąsiedztwa Słońca. Naukowcy pokładają nadzieję w zbliżającej się publikacji nowych danych z misji Gaia, zaplanowanej na koniec 2026 roku – obejmujący całe niebo przegląd powinien ujawnić kolejne czerwone karły warte bliższego przyjrzenia się.