Te gwiazdy są gorące! Nowe pulsujące podkarły odkryte dzięki satelicie TESS

Międzynarodowy zespół astronomów pod kierunkiem Jerzego Krzesińskiego z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie odkrył 42 nowe zmienne gorące podkarły. Wśród nich są nowe gwiazdy pulsujące, trójka kandydatów na układy gwiazdowe zawierające pulsującego gorącego podkarła oraz trzynaście nowych kandydatów na układy podwójne o ciasnych orbitach. Odkrycia dokonano dzięki analizie obserwacji wykonanych przez satelitę TESS, którego zadaniem jest systematyczne badanie zmian jasności dl milionów gwiazd nieba.

Gorące podkarły to ciekawa klasa gwiazd: temperatury ich powierzchni dochodzą nawet do 80 tysięcy stopni Kelwina, czyli są kilka lub kilkanaście razy wyższe niż temperatura powierzchni Słońca. Są jednak przy tym małe, o promieniach wynoszących około 20% promienia naszej gwiazdy. Pod względem astrofizycznym są to po prostu odsłonięte jądra gwiazdowe dawnych czerwonych olbrzymów: gwiazd, które utraciły już niemal całą swoją zewnętrzną otoczkę wodorową. W tych jądrach wciąż trwa spalanie helu, przez co mogą jeszcze długo pozostawać gorące i jasne mimo niewielkich rozmiarów.

Skąd jednak biorą się wystawione na widok wnętrza gwiazdowe? Powstawanie gorących podkarłów jest związane z ewolucją układów gwiazd podwójnych. Gdy w jądrze jednej z gwiazd układu kończą się już procesy syntezy helu z wodoru, gwiazda zaczyna przekształcać się w dość typowego czerwonego olbrzyma. Jej jądro kurczy się, temperatura wzrasta, a zewnętrzna otoczka gwałtownie zwiększa rozmiary. W niektórych przypadkach ta otoczka może nawet objąć drugi składnika układu, co prowadzi do powstania wspólnej, współdzielonej przez dwie gwiazdy otoczki. Oddziaływanie gwiazd z jej materią prowadzi wtedy do utraty energii ich orbitalnej, zbliżania się składników układu i ostatecznie odrzucenia znacznej części otoczki w przestrzeń kosmiczną. Na "scenie" pozostaje wtedy gorące i odsłonięte jądro czerwonego olbrzyma – gorący podkarzeł – oraz gwiazda krążąca wokół niego. W niektórych przypadkach może też mieć miejsce połączenie się obu składników w jeden, i w ten sposób mogą powstawać pojedyncze gorące podkarły. Szczególnie interesującą podklasę omawianych gwiazd stanowią gorące podkarły pulsujące – czyli takie, których jasność zmienia się wskutek drgań zachodzących w ich wnętrzach. Analiza pulsacji pozwala badać ich budowę wewnętrzną metodami astrosejsmologii, podobnymi do tych, w których sejsmolodzy wykorzystują fale sejsmiczne do badań procesów zachodzących we wnętrzu Ziemi.

W tym przypadku poszukiwania nowych gorących podkarłów były złożonym procesem. Autorzy omawianej publikacji rozpoczęli od analizy katalogu ponad 61 tysięcy kandydatów na gorące podkarły wyselekcjonowanych wcześniej na podstawie danych zebranych w misji Gaia. Po skorelowaniu ich z obiektami obserwowanymi przez teleskop TESS oraz zastosowaniu dodatkowych kryteriów selekcji otrzymano próbkę około 3300 obiektów, które poddano dalszej analizie. Dla każdej z gwiazd sprawdzono, czy obserwowane zmiany w jej jasności rzeczywiście pochodzą od niej, czy może od innego pobliskiego obiektu leżącego w polu widzenia satelity. Okazało się, że część sygnałów przypisywanych początkowo gorącym podkarłom pochodziła od sąsiednich gwiazd lub była związana z tzw. artefaktami obserwacyjnymi.

Analiza krzywych blasku pozwoliła początkowo wytypować 66 mocnych kandydatów na nowe zmienne gorące podkarły, ale szczegółowa weryfikacja wykazała, że jedynie 42 obiekty są faktycznie obiektami tego typu. Wśród nich znalazły się 22 nowe gwiazdy pulsujące, 3 prawdopodobne układy podwójne zawierające pulsującego gorącego podkarła, 13 kandydatów na układy podwójne oraz 4 obiekty o niepewnej naturze, które będą wymagały dalszych obserwacji i badań. Następnie przeprowadzono analizę częstotliwości zmian jasności wykrytych gwiazd, pozwalającą oddzielić gwiazdy pulsujące od układów podwójnych, w których obserwowana zmienność może być wywołana na przykład zaćmieniami, elipsoidalnością składników lub odbiciem światła od towarzysza. Dla 11 gwiazd wykonano dodatkowo obserwacje spektroskopowe.Uzyskane widma analizowano przy użyciu specjalistycznego programu XTgrid, pozwalającego wyznaczać m.in. temperatury i skład chemiczny gwiazd. W ten sposób można było potwierdzić przynależność badanych obiektów do klasy gorących podkarłów i określić ich podstawowe parametry fizyczne.

Praca polskiego zespołu znacząco powiększyła liczbę znanych pulsujących gorących podkarłów i kandydatów na układy podwójne. Odkryte obiekty będą zapewne wykorzystane w badaniach nad ewolucją gwiazd, zjawiskami prowadzącymi do utraty wspólnej otoczki układów podwójnych, transferem masy w takich układach oraz procesami powstawania białych karłów. Szczególnie interesujące są też nowe pulsatory, które mogą stać się obiektami przyszłych badań astrosejsmologicznych pozwalających zajrzeć w głąb gwiazd. I choć sporo z tych nowych znalezisk wymaga jeszcze dalszych obserwacji fotometrycznych i spektroskopowych, już teraz widzimy, jak bardzo skuteczne może być połączenie ogromnych baz danych z misji kosmicznych z klasycznymi obserwacjami naziemnymi. Dzięki takim badaniom astronomowie coraz lepiej rozumieją późne etapy ewolucji gwiazd i procesy zachodzące w układach podwójnych.

Obrazy matrycy CCD uzyskane z danych TESS dla obiektu TIC 33770579. Obrazy pochodzą z dwóch cykli obserwacyjnych: dla sektora 28 (po lewej) i sektora 29 (po prawej). Czerwone zakreskowane kwadraty wskazują aperturę potoku przetwarzania danych TESS użytą do ekstrakcji krzywej blasku. (Publikacja Zespołu).

Przedstawione wyniki badań są częścią tematyki badawczej realizowanej w Zakładzie Astrofizyki Gwiazdowej i Pozagalaktycznej Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie. W ramach projektu wykorzystuje się dane Europejskiej Agencji Kosmicznej z misji Gaia.

Czytaj więcej: