Międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez astronomów z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics ogłosił w tygodniku Nature odkrycie unikalnego układu podwójnego gwiazd. System składa się ze zwartej gorącej gwiazdy – tzw. białego karła – na który spływa materia ze składnika wtórnego tworząc tzw. dysk akrecyjny. Obiekt został odkryty dzięki detekcji miękkiego promieniowania rentgenowskiego wywołanego przez reakcje termojądrowe zachodzące blisko powierzchni białego karła w spływającym na niego i rozgrzanym do milionów stopni gazie. W odróżnieniu od innych, podobnych, znanych wcześniej, systemów tego typu, w których spływająca materia to wodór, w nowo odkrytym układzie składnik wtórny jest gwiazdą helową. Reakcje termojądrowe w tym przypadku polegają na spalaniu helu. W charakteryzacji układu ważną rolę odegrały dane obserwacyjne zebrane przez prowadzony w Obserwatorium Astronomicznym Uniwersytetu Warszawskiego projekt OGLE pod kierunkiem prof. Andrzeja Udalskiego – współautora pracy.

Układ podwójny z dyskiem akrecyjnym i białym karłem, będący źródłem miękkiego promieniowania rentgenowskiego.
Credit: schematics: F. Bodensteiner; background image: European Southern Observatory.

Białe karły mogą wybuchać jako tzw. supernowe typu Ia, gdy ich masa przekroczy masę około 1.4 masy Słońca. Prawie wszystkie wybuchy supernowych Ia mają zbliżoną jasność i są powszechnie używane w astronomii pozagalaktycznej do wyznaczania skali odległości do odległych galaktyk i tempa rozszerzania się Wszechświata. Niestety mechanizmy objaśniające procesy zwiększania się masy białego karła do limitu prowadzącego do jego wybuchu jako supernowej typu Ia nie są jeszcze zbyt dobrze poznane.

Obiekt, oznaczony katalogowo [HP99] 159, znajdujący się w sąsiedniej galaktyce – Wielkim Obłoku Magellana – został odkryty w latach 1990. przez satelitę rentgenowskiego ROSAT. Jednak dopiero niedawne obserwacje rentgenowskie za pomocą satelity eROSITA pozwoliły ustalić optyczny odpowiednik źródła. Obiekt ten był obserwowany przez ponad dekadę w ramach projektu OGLE. Obserwacje wykazały okresową zmienność jasności obiektu. Znaleziona okresowość – 2.327 dnia – to okres orbitalny układu podwójnego. Z kolei widmo wysokiej rozdzielczości układu, uzyskane teleskopem SALT w Południowej Afryce, wskazuje na obecność w układzie dysku akrecyjnego, utworzonego przez spływającą ze składnika wtórnego w kierunku białego karła, materię. Dominującymi w widmie liniami są linie helu powstające w dysku akrecyjnym i charakterystyczny jest brak linii wodoru.

Istnienie układów podwójnych, w których na powierzchni białego karła spalana jest materia helowa spływająca z gwiazdy towarzyszącej było przewidywane już ponad 30 lat temu, jednak nie udało się dotychczas takiego systemu zaobserwować. [HP99] 159 jest pierwszym takim przypadkiem. Oszacowane tempo przepływu materii – helu – w tym systemie jest jednak znacząco niższe niż przewidywane teoretycznie tempo potrzebne do spokojnego spalania tego pierwiastka. Z drugiej strony obserwacje rentgenowskie otrzymane z różnych satelitów wskazują, że w ciągu ostatnich niemal 50. lat jasność rentgenowska [HP99] 159 ulegała niewielkim zmianom. Obserwacje pokazują więc, że stabilne spalanie helu może mieć miejsce i przy dużo niższym tempie przepływu masy niż dotychczas sądzono. Stabilne spalanie spadającej materii helowej zwiększa w sposób ciągły masę białego karła i może doprowadzić, po przekroczeniu masy granicznej, do jego wybuchu jako supernowa typu Ia.

Przypuszcza się, że układy podwójne z białym karłem i gwiazdą helową dostarczającą na jego powierzchnię materię przez dysk akrecyjny mogą być źródłami niektórych supernowych typu Ia oraz ich podklasy – mniej jasnych supernowych typu Iax. Odkrycie, iż stabilne spalanie helu może występować także przy dużo niższych tempach przepływu masy pomiędzy składnikami sugeruje, że układy białych karłów z dużo mniej masywną gwiazdą helową, niż dotąd przypuszczano, mogą także prowadzić do wybuchów supernowych typu Iax. Taki scenariusz może pomóc odtworzyć obserwowaną liczbę wybuchów supernowych typu Ia i Iax.

Praca opisująca odkrycie:

J. Greiner, C. Maitra, F. Haberl, R. Willer, J. M. Burgess, N. Langer, J. Bodensteiner, D. A. H. Buckley, I. M. Monageng, A. Udalski, H. Ritter, K. Werner, P. Maggi, R. Jayaraman and R. Vanderspek 2023, Nature, 615, 605.