Źródło zdjęcia: CfA
Od odkrycia w 1998 r. „Mrugająca gwiazda” o nazwie KH 15D zaskoczyła astronomów, którzy starają się wyjaśnić jej długotrwałe (24-dniowe) zaćmienia. Wielu wysunęło hipotezę, że zaćmienia spowodowane były interweniującymi kroplami materiału w dysku protoplanetarnym otaczającym pojedynczą, młodą gwiazdę podobną do Słońca.
Badając historię tych zaćmień w przeszłości i ich zmiany w czasie, astronom Joshua Winn (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) i koledzy obalili tę hipotezę i opracowali nową teorię, która wyjaśnia prawie wszystko o systemie.
Odkryli, że „mrugająca gwiazda” jest w rzeczywistości układem podwójnej gwiazdy. Coś na pierwszym planie, być może zakurzony dysk z materiału otaczającego układ podwójny, sporadycznie blokuje światło jednej lub obu gwiazd, gdy gwiazdy krążą wokół siebie. Ostatecznie obie gwiazdy zostaną całkowicie pokryte kurtyną pyłu, a system „mrugającej gwiazdy” zniknie z pola widzenia.
„Te dwie gwiazdy bawiły się z nami w chowanego. Druga gwiazda kiedyś wyglądała krótko, ale teraz jest całkowicie zasłonięta. Wkrótce dołączy do niej pierwsza gwiazda i obie pozostaną ukryte przez dziesięciolecia ”, mówi Winn.
Archiwa ujawniają prawdę
Istotne wskazówki pozwalające zrozumieć „mrugającą gwiazdę” znaleziono w archiwalnych fotografiach nieba z Harvard College Observatory w Massachusetts i Asiago Observatory we Włoszech. Badanie fotografii z Harvardu wykazało, że w pierwszej połowie XX wieku nie zaobserwowano żadnego z całkowitych zaćmień. Zdjęcia Asiago wykonane między 1967 a 1982 rokiem wykazywały zaćmienia, ale z zasadniczą różnicą: system był jaśniejszy niż obecnie, zarówno podczas zaćmień, jak i poza nimi. To dodatkowe światło musiało pochodzić z drugiej gwiazdy, która była widoczna w latach siedemdziesiątych, ale dziś jest całkowicie ukryta.
Ten wgląd był kluczem do odkrycia tajemnicy KH 15D. Przed 1960 r. Żadna gwiazda nie została przyćmiona. Następnie zasłona pyłu opadła na pierwszy plan widziany z Ziemi, blokując część orbity jednej z gwiazd. W latach siedemdziesiątych gwiazda ta ulegała zaćmieniom, gdy jej ruch orbitalny niósł ją za zasłoną. W 1998 r. Kurtyna wysunęła się wystarczająco, aby całkowicie ukryć jedną z gwiazd - a druga gwiazda okresowo znika z pola widzenia, gdy jej orbita zabiera ją za kurtynę. Około 2012 roku obie gwiazdy zostaną całkowicie ukryte.
Pomiary prędkości radialnej obecnie wykonywane przez Johna Johnsona (UC Berkeley), współautora tego badania, będą w stanie sprawdzić, czy widzialna gwiazda porusza się do przodu i do tyłu, szarpana grawitacją towarzysza masy gwiezdnej.
„Płytki Asiago dają bardzo przekonujące dowody, ale pomiary prędkości radialnej będą klinczerem”, mówi Johnson.
Nowe zdjęcie KH 15D
Zebranie obserwacji KH 15D jak kawałki układanki ujawnia dwie gwiazdy nie starsze niż 10 milionów lat. (Nasze Słońce natomiast ma 5 miliardów lat.) Obracają się wokół siebie co 48 dni na wysoce eliptycznych orbitach, co wyjaśnia 48-dniowy okres zaćmienia. Ich średnia odległość wynosi około 0,25 jednostki astronomicznej (23 miliony mil), czyli dwie trzecie odległości od Merkurego do Słońca. Jednak ich ekscentryczne orbity zbliżają je do siebie tak blisko, jak zaledwie 0,07 AU (6,5 miliona mil).
„W miarę, jak idą pliki binarne, ich orbita nie jest niczym niezwykłym” - mówi współautor Krzysztof Stanek (CfA).
Winn zgadza się, dodając: „Dziwną rzeczą w tym układzie jest to, że coś blokuje światło przed tymi gwiazdami - coś nieprzejrzystego, o ostrej krawędzi”. Tożsamość tej kurtyny jest nieznana, ale może to być krawędź krążka pyłu otaczającego obie gwiazdy.
„Dyski pyłowe były widziane wokół innych układów podwójnych gwiazd” - mówi Matthew Holman (CfA), współautor badania. „Wyobrażamy sobie, że dysk w tym układzie jest nachylony względem płaszczyzny orbity dwóch gwiazd. To spowodowałoby, że dysk kołysałby się tak, jak Frisbee czasami kołysze się w powietrzu po złym rzucie. ”
Według obliczeń Holmana pył może istnieć w pierścieniu znajdującym się 2,6 AU (240 milionów mil) od gwiazd. Materiał w samym pierścieniu tworzy jedną pełną orbitę co około 4 lata, ale chwiejność (lub „precesja”) pierścienia trwa znacznie dłużej, około 1000 lat. Podobną teorię zaproponowali niezależnie Eugene Chiang i Ruth Murray-Clay z UC Berkeley.
„Począwszy od około 1960 r. Krawędź tego poprzedzającego dysku zaczęła blokować nasz widok gwiazd” - mówi Holman. „Po kolejnej dekadzie dysk będzie nieco większy i całkowicie zablokuje nasz widok”. Jakiś czas później, w zależności od grubości pierścienia, proces odwróci się, gdy gwiazdy będą stopniowo odkrywane, a zaćmienia zatrzymają się.
Pozostaje wiele pytań dotyczących KH 15D. Na przykład, jaka jest natura dysku? Dlaczego jest nachylony do płaszczyzny orbity binariów? Dlaczego ma tak ostrą krawędź? Mrugające gwiazdy KH 15D prawdopodobnie będą mylić astronomów z tymi i innymi zagadkami przez wiele lat.
Badania zostaną opublikowane w numerze Astrophysical Journal Letters z 1 marca 2004 r. Autorzy badania to Joshua Winn (CfA), Matthew Holman (CfA), John Johnson (UC Berkeley), Krzysztof Stanek (CfA) i Peter Garnavich (University of Notre Dame).
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics z siedzibą w Cambridge, Massachusetts, jest wspólną współpracą Smithsonian Astrophysical Observatory i Harvard College Observatory. Naukowcy CfA, zorganizowani w sześć dywizji badawczych, badają pochodzenie, ewolucję i ostateczny los wszechświata.
Oryginalne źródło: CfA News Release
