Astronomowie odkryli nowy rodzaj gwiezdnych eksplozji: mikronowe

Artystyczna wizja mikronowej
Wizja artystyczna pokazuje układ dwóch gwiazd, w których może nastąpić wybuch mikronowej. Niebieski dysk, wirujący wokół jasnego białego karła w centrum obrazka, jest złożony z materiału (głównie wodoru) ukradzionego od towarzyszącej gwiazdy. W kierunku centrum dysku biały karzeł używa swojego silnego pola magnetycznego do przemieszczenia wodoru w stronę biegunów. Gdy materia opada na gorącą powierzchnię gwiazdy, powoduje to wybuch mikronowej, zawartej w polach magnetycznych na jednym z biegunów białego karła.
Źródło: ESO/M. Kornmesser, L. CalçadaDzięki pomocy należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) teleskopu VLT, zespół astronomów zaobserwował nowy typ gwiezdnej eksplozji – mikronową. Te wybuchy następują na powierzchni odpowiednich gwiazd, a każda z nich może spalić w zaledwie kilka godzin materiał odpowiadający około 3,5 miliarda Piramid Cheopsa z Gizy.

---

„Po raz pierwszy odkryliśmy i zidentyfikowaliśmy coś co nazywamy mikronową” wyjaśnia Simone Scaringi, astronom na Durham University w Wielkiej Brytanii, który kierował badaniami tych eksplozji, opublikowanymi dzisiaj w Nature. „Zjawisko stanowi wyzwanie dla naszego zrozumienia, w jaki sposób zachodzą eksplozje termonuklearne w gwiazdach. Sądziliśmy, że znamy ten proces, ale nowe odkrycie proponuje zupełnie nowy sposób ich osiągnięcia” dodaje naukowiec.

Mikronowe są skrajnie potężnymi zdarzeniami, ale w astronomicznych skalach są małe. Są znacznie mniej energetyczne niż gwiezdne wybuchy znane jako nowe, o których astronomowie wiedzą od stuleci. Oba typy eksplozji zachodzą w przypadku białych karłów, umarłych gwiazd o masach około połowy masy Słońca, ale rozmiarami tak małych, jak Ziemia.

W układzie dwóch gwiazd, biały karzeł może kraść materię, głównie wodór, od swojego towarzysza, jeśli znajdują się wystarczająco blisko siebie. Gdy gaz spada na bardzo gorącą powierzchnię białego karła, wzbudza atomy wodoru do wybuchowej fuzji w hel. W nowych te wybuchy termojądrowe zachodzą na całej powierzchni gwiazdy. „Tego typu detonacje powodują, że przez kilka tygodni cała powierzchnia białego karła spala się i jasno świeci” wyjaśnia współautorka Nathalie Degenaar, astronom na University of Amsterdam w Holandii.

Mikronowe są podobnymi wybuchami, ale o mniejszej skali i szybszymi, trwają zaledwie kilka godzin. Zdarzają się na niektórych białych karłach z silnym polem magnetycznym, które ściągają materię w stronę biegunów magnetycznych gwiazdy. „Po raz pierwszy widzieliśmy, że fuzja wodoru może zdarzać się także w sposób lokalny. Paliwo wodorowe może znajdować się u podstawy biegunów magnetycznych niektórych białych karłów, tak iż fuzja zachodzi jedynie na biegunach magnetycznych” mówi Paul Groot, astronom na Radboud University w Holandii, współautor badań.

„Prowadzi to do wybuchu bomb jądrowych, które mają moc około jednej milionowej wybuchu nowej – stąd nazwa mikronowa” kontynuuje Groot. Chociaż „mikro” może sugerować, że wydarzenia te są małe, nie dajmy się zmylić: zaledwie jeden z takich wybuchów mógłby spalić około 20 trylionów kilogramów materiału, albo około 3,5 miliarda Piramid Cheopsa z Gizy [1].

Mikronowe stanowią wyzwanie dla zrozumienia gwiezdnych eksplozji przez astronomów i mogą być powszechniejsze niż do tej pory sądzono. „To pokazuje, jak dynamiczny jest Wszechświat. Wydarzenia tego typu mogą być całkiem powszechne, ale ponieważ są szybkie, trudno je uchwycić w akcji” wyjaśnia Scaringi.

Grupa badawcza natrafiła na tajemnicze mikroeksplozje podczas analizowania danych z NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). „Sprawdzając kolekcję danych astronomicznych z należącego do NASA teleskopu TESS, odkryliśmy coś nietypowego: jasny błysk światła optycznego trwający kilka godzin. Dalsze poszukiwania pokazały kilka kolejnych podobnych sygnałów” mówi Degenaar.

Badacze zaobserwowali trzy mikronowe przy pomocy TESS: dwie od znanych białych karłów, natomiast trzecia wymagała dodatkowych obserwacji przy pomocy instrumentu X-shooter na należącym do ESO teleskopie VLT, aby potwierdzić status białego karła.

„Z pomocą Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) odkryliśmy, że wszystkie te błyski optyczne zostały wytworzone przez białe karły” wskazuje Degenaar. „Te obserwacje były kluczowe w interpretacji naszych wyników i dla odkrycia mikronowych” dodaje Scaringi.

Okrycie mikronowych wzbogaca repertuar znanych gwiezdnych eksplozji. Naukowcy chcieliby teraz znaleźć więcej tych ulotnych wydarzeń, co wymaga wielkoskalowych przeglądów nieba i szybkich pomiarów typu follow-up. „Szybka reakcja teleskopów takich, jak VLT lub Teleskop Nowej Technologii (NTT), który również należy do ESO, oraz zestaw dostępnych instrumentów, pozwolą nam na ujawnienie dalszych szczegółów na temat tego czym są tajemnicze mikronowe" podsumowuje Scaringi.


Ten film przedstawia animację wybuchu mikronowej. Niebieski dysk wirujący wokół jasnego białego karła w centrum zdjęcia składa się z materii, głównie wodoru, skradzionego z towarzyszącej mu gwiazdy. W kierunku środka dysku biały karzeł wykorzystuje swoje silne pola magnetyczne, aby skierować wodór w kierunku swoich biegunów. Gdy materia spada na gorącą powierzchnię gwiazdy, wywołuje eksplozję mikronowej, która jest ograniczana przez pola magnetyczne na jednym z biegunów białego karła.
Źródło: ESO/L. Calçada, M. Kornmesser

Uwagi
[1] Trylion oznacza milion bilionów (1 000 000 000 000 000 000 lub 1018), bilion oznacza milion milionów (1 000 000 000 000 lub 1012), a miliard to tysiąc milionów (1 000 000 000 lub 109). Proszę zwrócić uwagę, że angielska terminologia różni się w tych określeniach od polskiej (polski "miliard", to w języku angielskim "billion", a polski "bilion" to w angielskim "trillion"). W niniejszym tłumaczeniu stosujemy oczywiście skalę polską. Waga Wielkiej Piramidy z Gizy w Kairze w Egipcie (znanej także jako Piramida Cheopsa lub Piramida Chufu) to około 5 900 000 000 kg.

Więcej informacji
Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. „Localised thermonuclear bursts from accreting magnetic white dwarfs” (doi: 10.1038/s41586-022-04495-6), który ukaże się w Nature. Dodatkowa informacja, zatytułowana „Triggering micronovae through magnetically confined accretion flows in accreting white dwarfs” została przyjęta do druku w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.