Međunarodni tim astronoma otkrio je kosmičku rijetkost: ultra-masivnu zvijezdu bijelog patuljka koja je nastala spajanjem dva bijela patuljka ili bijelog patuljka s drugom zvijezdom, a ne kroz evoluciju jedne zvijezde. Ovo otkriće, ostvareno zahvaljujući osjetljivim ultravioletnim opažanjima Hubble svemirskog teleskopa NASA-e, sugerira da ovakvi rijetki bijeli patuljci možda nisu tako neuobičajeni kako se ranije mislilo.
“Otkriveno je nešto što pokazuje da stvari možda nisu onakve kakvima nam se čine na prvi pogled”, rekao je Boris Gaensicke s Univerziteta u Warwicku, glavni istraživač Hubble programa. “Do sada je ovaj objekt izgledao kao običan bijeli patuljak, ali Hubbleova ultravioletna vizija otkrila je da je njegova historija mnogo drugačija nego što bismo pretpostavili.”
Bijeli patuljak je gusti objekt s promjerom sličnim Zemljinom i predstavlja završnu fazu zvijezda koje nisu dovoljno masivne da eksplodiraju kao supernove sa kolapsom jezgre. Naš Sunce će postati bijeli patuljak za otprilike 5 milijardi godina.
U teoriji, bijeli patuljak može imati masu do 1,4 puta veću od Sunčeve, ali bijeli patuljci teži od Sunca su rijetki. Ovi objekti, koje astronomi nazivaju ultra-masivnim bijelim patuljcima, mogu nastati evolucijom jedne masivne zvijezde ili spajanjem bijelog patuljka s drugom zvijezdom, primjerice s binarnim partnerom.
Novo otkriće, objavljeno u časopisu Nature Astronomy, označava prvi put da je bijeli patuljak nastao spajanjem zvijezda identificiran putem svog ultravioletnog spektra. Prije ovog istraživanja, šest bijelih patuljaka nastalih spajanjem otkriveno je pomoću linija ugljika u njihovim spektrima vidljive svjetlosti. Svi ovi objekti spadaju u širu grupu koja je, prema studiji ESA-ine misije Gaia iz 2019., bila plavija nego što bi se očekivalo za njihovu masu i starost, a dokazi spajanja donose nove uvide u njihovu formaciju.
Astronomi su koristili Hubbleov Cosmic Origins Spectrograph da istraže bijelog patuljka nazvanog WD 0525+526. Smješten je 128 svjetlosnih godina daleko, a njegova masa je 20% veća od Sunčeve. U vidljivoj svjetlosti, spektar atmosfere WD 0525+526 sličio je tipičnom bijelom patuljku. Međutim, Hubbleov ultravioletni spektar otkrio je nešto neobično: tragove ugljika u atmosferi bijelog patuljka.
Bijeli patuljci nastali evolucijom jedne zvijezde imaju atmosfere sastavljene od vodika i helija. Jezgra bijelog patuljka obično se sastoji većinom od ugljika i kisika ili kisika i neona, ali gusta atmosfera obično sprječava pojavljivanje ovih elemenata u spektru.
Kada se ugljik pojavi u spektru bijelog patuljka, to može ukazivati na nasilnije porijeklo od tipičnog scenarija jedne zvijezde: sudar dva bijela patuljka ili bijelog patuljka i subdivovske zvijezde. Takav sudar može ukloniti atmosfere vodika i helija sudarajućih zvijezda, ostavljajući tanak sloj vodika i helija oko ostatka spajanja koji omogućava da ugljik iz jezgre bijelog patuljka izroni na površinu, gdje ga je moguće detektovati.
WD 0525+526 je izvanredan čak i unutar male grupe bijelih patuljaka poznatih kao rezultat spajanja zvijezda. Sa temperaturom od gotovo 21.000 kelvina (37.000°F) i masom od 1,2 solarne mase, WD 0525+526 je topliji i masivniji od drugih bijelih patuljaka u ovoj grupi.
Ekstremna temperatura WD 0525+526 bila je zagonetka za tim. Kod hladnijih bijelih patuljaka, poput šest prethodno otkrivenih spajanja, proces konvekcije može izmiješati ugljik u tanku atmosferu vodika i helija. WD 0525+526 je pak pretopao za konvekciju. Umjesto toga, tim je utvrdio da suptilniji proces zvani semi-konvekcija podiže malu količinu ugljika u atmosferu WD 0525+526. Ovaj bijeli patuljak ima najmanju količinu atmosferskog ugljika među poznatim bijelim patuljcima nastalim spajanjem, oko 100.000 puta manje od drugih ostataka spajanja.
Visoka temperatura i nizak sadržaj ugljika znače da bi identifikacija ovog bijelog patuljka kao produkta spajanja bila nemoguća bez Hubbleove osjetljivosti na ultravioletnu svjetlost. Spektralne linije elemenata težih od helija, poput ugljika, postaju slabije vidljive u vidljivom dijelu spektra kod toplijih bijelih patuljaka, ali ostaju jake u ultravioletu, gdje Hubble ima jedinstvenu poziciju da ih otkrije.
“Hubbleov Cosmic Origins Spectrograph jedini je instrument koji može postići izvanrednu kvalitetu ultravioletne spektroskopije potrebnu za detekciju ugljika u atmosferi ovog bijelog patuljka”, rekla je Snehalata Sahu, vodeća istraživačica studije sa Univerziteta u Warwicku.
Budući da je porijeklo WD 0525+526 otkriveno tek kada su astronomi pogledali njegov ultravioletni spektar, vjerovatno je da su i drugi naizgled “normalni” bijeli patuljci zapravo rezultat kosmičkih sudara – mogućnost koju tim planira istražiti u budućnosti.
“Željeli bismo proširiti istraživanje ovim putem kako bismo otkrili koliko su bijeli patuljci s ugljikom česti među sličnim bijelim patuljcima, i koliko spajanja zvijezda se krije među normalnom populacijom bijelih patuljaka”, rekao je Antoine Bedrad, suosnivač studije sa Univerziteta u Warwicku. “To će biti važan doprinos našem razumijevanju binarnih bijelih patuljaka i puteva do supernovih.”
Hubble svemirski teleskop radi više od tri decenije i nastavlja donositi revolucionarna otkrića koja oblikuju naše osnovno razumijevanje univerzuma. Hubble je projekat međunarodne saradnje NASA-e i ESA-e (Evropske svemirske agencije). NASA-ino Goddard Space Flight Center u Greenbeltu, Maryland, upravlja teleskopom i operacijama misije. Lockheed Martin Space iz Denvera također podržava operacije misije, dok Space Telescope Science Institute u Baltimoreu, kojim upravlja Association of Universities for Research in Astronomy, vodi naučne operacije Hubblea za NASA-u, piše Science Daily.
