Ile masy potrzeba na czarną dziurę? - nietypowa gwiazda rzuca wyzwanie teorii

Międzynarodowy zespół astronomów z Wielkiej Brytanii, Hiszpanii, Niemiec i Holandii szczegółowo zbadał gromadę gwiazd Westerlund 1 położoną w odległości 16 tysięcy lat świetlnych i widoczną na niebie południowym w gwiazdozbiorze Ołtarza. Odkryta w 1961 r. gromada jest przesłonięta przez obłok gazu i pyłu, a związku z tym bardzo trudna do obserwacji, więc do badań użyto wielkiego teleskopu VLT, należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego ESO.

Z wcześniejszych badań wiadomo było, że gromada ta zawiera setki bardzo masywnych gwiazd świecących miliony razy jaśniej niż Słońce i mających średnice nawet po 2000 razy większe niż nasza dzienna gwiazda. Szacuje się, że gromada zawiera co najmniej 100 tysięcy mas Słońca w gwiazdach zgromadzonych w obszarze o promieniu zaledwie 6 lat świetlnych (dla porównania odległość od Słońca do innej najbliższej gwiazdy to 4 lata świetlne).

"Gdyby Słońce znajdowało się w centrum tej nadzwyczajnej gromady, nasze nocne niebo byłoby pełne setek gwiazd tak jasnych jak Księżyc w pełni" - mówi Ben Ritchie z Open University (Wielka Brytania), główny autor publikacji naukowej opisującej wyniki badań, opublikowanej w "Astronomy and Astrophysics".

Astronomowie odkryli w gromadzie obecność magnetara, rodzaju gwiazdy neutronowej o niezwykle silnym polu magnetycznym, biliardy razy silniejszym niż ziemskie. Magnetar powstaje gdy odpowiednia gwiazda wybucha jako supernowa. Magnetar z gromady Westerlund 1 to zaledwie jeden z kilku tego typu obiektów znanych w Drodze Mlecznej.

Dzięki temu, że magnetar jest członkiem gromady gwiazd, naukowcom udało się ustalić z gwiazdy o jakiej masie obiekt ten się uformował - otrzymany wynik to nie mniej niż 40 mas Słońca. Nie mierzono jednak bezpośrednio magnetara. Wszystkie gwiazdy gromady mają podobny wiek, oceniany na od 3,5 do 5 milionów lat. Wiadomo, że im masywniejsza gwiazda, tym krócej żyje, zatem gwiazda, która wybuchła i pozostawiła po sobie magnetara musiała mieć większą masę, niż nadal istniejące gwiazdy gromady. Zbadano więc podwójny układ zaćmieniowy W13, gdyż w takim układzie masy można wyznaczyć bezpośrednio z ruchów gwiazd.

Wynik nie mniej niż 40 mas Słońca dla obiektu, który uformował magnetara, rodzi problemy dla teorii. Do tej pory uważano, że gwiazdy o początkowej masie od 10 do 25 mas Słońca wytworzą gwiazdę neutronową, a te powyżej 25 mas Słońca pozostawią po sobie czarną dziurę. "Rodzi się więc trudne pytanie: jak masywna musi być gwiazda, aby skolapsować do czarnej dziury, jeśli gwiazdy ponad 40 razy masywniejsze niż Słońce nie potrafią dokonać tego wyczynu" - zauważa współautor Norbert Langer z niemieckiego Uniwersytetu w Bonn.

Naukowcy przypuszczają, że gwiazda, która stała się magnetarem (progenitor), narodziła się razem z gwiazdowym towarzyszem. Jego obecność ułatwiła pozbycie się olbrzymich ilości masy przez progenitora (gwiazda musiała utracić aż 95 proc. swojej początkowej masy). Obecnie jednak w pobliżu magnetara nie widać obiektu towarzyszącego, możliwe więc, że wybuch, w którym powstał magnetar, spowodował rozłączenie układu podwójnego.

Źródło: PAP