Międzynarodowy zespół naukowców, w którego skład wchodzą astronomowie z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego – członkowie projektu OGLE pod kierownictwem prof. Andrzeja Udalskiego oraz prof. Igora Soszyńskiego – opublikował w prestiżowym czasopiśmie Nature Astronomy wyniki wieloletnich badań jednej z największych znanych gwiazd we Wszechświecie. Gwiazda ta – WOH G64 – to obiekt znajdujący się w sąsiedniej galaktyce – Wielkim Obłoku Magellana. W zaskakująco krótkim, jak na skalę kosmiczną, czasie zaledwie kilku lat gwiazda ta całkowicie zmieniła swoje oblicze.

Od czerwonego nadolbrzyma do nowego typu układu

WOH G64 została odkryta w latach osiemdziesiątych XX wieku. Szybko ustalono, że jest to masywna, niezwykle chłodna gwiazda o niemal rekordowych rozmiarach – jej promień przekracza 1500 promieni Słońca. Tak rzadkie i potężne obiekty określa się mianem czerwonych nadolbrzymów. Masywne gwiazdy żyją stosunkowo krótko – zaledwie kilka do kilkunastu milionów lat – a faza czerwonego nadolbrzyma stanowi końcowy etap ich ewolucji. Zgodnie z teorią powinny one wkrótce zakończyć życie wybuchem supernowej lub zapadnięciem się w czarną dziurę bez widocznej eksplozji. Te końcowe stadia ewolucji pozostają jednak wciąż słabo poznane obserwacyjnie.

Gwiazda WOH G64 była regularnie obserwowana w ciągu ostatnich dekad, między innymi od początku XXI wieku w ramach polskiego projektu OGLE. W trzeciej fazie projektu, prowadzonej w latach 2001-2009, odkryto regularne, okresowe zmiany jasności gwiazdy, wywołane pulsacjami podobnymi do tych obserwowanych w gwiazdach typu Mira Ceti, lecz o wyjątkowo długim okresie 886 dni. Obiekt został włączony do kolekcji gwiazd zmiennych OGLE pod nazwą OGLE-LMC-LPV-06819.

Gwiazda była także okresowo obserwowana spektroskopowo. W połowie ostatniej dekady stwierdzono, że jej widmo uległo dramatycznym zmianom – WOH G64 wyglądała zupełnie inaczej niż kilkanaście lat temu. Temperatura jej powierzchni wzrosła o około 1000 K. Ciągłe obserwacje fotometryczne prowadzone w czwartej fazie projektu OGLE (od 2010 roku), uzupełnione danymi z innych programów, wykazały zanik wcześniej obserwowanej zmienności okresowej oraz wyraźną zmianę barwy gwiazdy, związaną ze wzrostem temperatury. Przełom nastąpił około 2011 roku, gdy jasność obiektu nagle spadła. Kiedy w latach 2013–2014 powróciła do poprzedniego poziomu, gwiazda ujawniła swoje nowe oblicze.

Spektakularna transformacja

Zamiast wybuchnąć jako supernowa, chłodny czerwony nadolbrzym przekształcił się w tzw. gwiazdę symbiotyczną – układ podwójny złożony z żółtego hiperolbrzyma oraz towarzyszącej mu znacznie mniejszej gwiazdy. Hiperolbrzym, choć wciąż olbrzymich rozmiarów, jest znacznie gorętszy niż wcześniej i ma niemal o połowę mniejsze rozmiary niż w fazie czerwonego nadolbrzyma. Jego towarzysz to gwiazda typu słonecznego, lecz kilkukrotnie masywniejsza, gorętsza i jaśniejsza od Słońca, emitująca światło głównie w zakresie niebieskim. Obserwacje pokazują więc, że późne etapy ewolucji gwiazd mogą przebiegać w różny sposób.

Co mogło spowodować tak radykalną przemianę?

Rozważane są dwa scenariusze. Pierwszy wiąże się z podwójną naturą układu. W wyniku rozszerzania się otoczki bardziej masywnego składnika druga gwiazda mogła zostać przez nią pochłonięta, przez co z zewnątrz system wyglądał jak pojedynczy, rozdęty czerwony nadolbrzym. Jest to tzw. faza wspólnej otoczki w układzie podwójnym. Oddziaływanie zanurzonej gwiazdy z otoczką masywnej sąsiadki mogło jednak doprowadzić do odrzucenia jej zewnętrznych warstw. Na początku drugiej dekady XXI wieku ukazał nam się oryginalny układ podwójny – teraz w postaci niebieskiej gwiazdy i żółtego hiperolbrzyma, będącego odsłoniętym wnętrzem czerwonego nadolbrzyma.

Drugi scenariusz zakłada, że żółty hiperolbrzym wyrzucił w przeszłości ogromne ilości materii, które na wiele lat przesłoniły cały układ, sprawiając, że z zewnątrz przypominał on czerwonego nadolbrzyma. Na początku XXI wieku materia ta rozproszyła się na tyle, że system WOH G64 ponownie stał się widoczny w swojej rzeczywistej postaci – jako gwiazda symbiotyczna złożona z niebieskiego składnika i żółtego hiperolbrzyma.

Co dalej? Przyszłość WOH G64

Jaka przyszłość czeka ten niezwykły układ? Tego nie wiemy z całą pewnością. Najbardziej prawdopodobne jest, że masywny składnik zakończy życie wybuchem supernowej. Nie można jednak wykluczyć scenariusza, w którym system przekształci się w czarną dziurę – czy to w wyniku grawitacyjnego zapadnięcia się hiperolbrzyma w dalszej fazie ewolucji, czy też wskutek połączenia z niebieskim towarzyszem.

WOH G64 stanowi unikalny przypadek, pozwalający obserwować „na żywo” późne etapy ewolucji masywnych gwiazd oraz wpływ podwójności na ich przebieg. Dalsze obserwacje w nadchodzących dekadach z pewnością przyczynią się do istotnego poszerzenia naszej wiedzy o ewolucji gwiazd.

Badania WOH G64 podkreślają również znaczenie wielkoskalowych przeglądów nieba, takich jak projekt OGLE, monitorujących jasność milionów gwiazd. Dzięki wieloletnim, systematycznym obserwacjom możliwe jest nie tylko odkrywanie tak wyjątkowych obiektów, lecz także śledzenie ich zmian w coraz dłuższych skalach czasowych.

Publikacja w miesięczniku Nature Astronomy

Praca opisująca wyniki badań układu  WOH G64 ukazała się w miesięczniku Nature Astronomy: The dramatic transition of the extreme Red Supergiant WOH G64 to a Yellow Hypergiant„, Gonzalo Muñoz-Sanchez, Maria Kalitsounaki, Stephan de Wit, Konstantinos Antoniadis, Alceste Zoe Bonanos, Emmanouil Zapartas, Konstantina Boutsia, Evangelia Christodoulou Grigoris Maravelias, Igor Soszyński, Andrzej Udalski, 2026, Nature Astronomy.

Projekt OGLE jest współfinansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego (granty naukowe Ideas i Iuventus plus, Stypendia dla Wybitnych Młodych Naukowców, Diamentowe Granty, SPUB), Narodowe Centrum Nauki (granty MAESTRO, Opus, Harmonia, Sonata, Symfonia) oraz Fundację na Rzecz Nauki Polskiej (subsydia profesorskie, programy Team, Homing, Focus oraz Start).

Serdecznie gratulujemy naszym naukowcom dokonania tego odkrycia i zapraszamy do zapoznania się z pełnym artykułem, aby poznać więcej szczegółów!