Gigantyczne plamy magnetyczne dostrzeżone na gorących gwiazdach

Zespół, którym kierował Yazan Momany z INAF Astronomical Observatory of Padua we Włoszech, zbadał szczególny typ gwiazd z gorącego krańca gałęzi horyzontalnej (ang. extreme horizontal branch stars, w skrócie: gwiazdy EHB) – obiekty o masie około połowy masy Słońca, ale cztery do pięciu razy gorętsze. „Te gorące i małe gwiazdy są specjalne, ponieważ wiemy, że ominą jedną z końcowych faz życia typowej gwiazdy i umrą przedwcześnie” tłumaczy Momany, który pracował wcześniej jako astronom w Obserwatorium Paranal w Chile. „W naszej Galaktyce te osobliwe gorące obiekty są zwykle związane z występowaniem bliskiego towarzysza gwiazdowego” - zauważa.

Jednak nieoczekiwanie, zdecydowana większość gwiazd z gorącego krańca gałęzi horyzontalnej nie wydaje się posiadać towarzyszek, gdy są obserwowane w ciasno upakowanych grupach gwiazd, zwanych gromadami kulistymi. Długoterminowe monitorowanie tych gwiazd przez zespół, prowadzone przy pomocy teleskopów ESO, ujawniło także, że z tymi tajemniczymi obiektami dzieje się coś więcej. Obserwując trzy różne gromady kuliste, Momany i jego współpracownicy odkryli, że wiele gwiazd EHB w tych gromadach wykazuje regularne zmiany jasności w przeciągu zaledwie kilku dni lub tygodni.

Po wyeliminowaniu wszystkich innych scenariuszy, pozostała tylko jedna możliwość wyjaśnienia obserwowanych zmian jasności - te gwiazdy muszą mieć plamy!

Plamy na gwiazdach EHB wydają się być całkiem odmienne od ciemnych plam słonecznych na naszym Słońcu, ale oba przypadki są związane z polami magnetycznymi. Plamy na tych gorących, ekstremalnych gwiazdach są proporcjonalnie jaśniejsze i gorętsze niż otaczająca je powierzchnia gwiazdy, w przeciwieństwie do Słońca, gdzie widzimy plamy jako ciemne obszary na powierzchni, chłodniejsze niż otoczenie.

Plamy na gwiazdach EHB są także znacząco większe niż plamy słoneczne. Pokrywają nawet do jednej czwartej powierzchni gwiazdy. Plamy te są niezwykle trwałe, istnieją przez dekady. Z kolei przypadki pojedynczych plam słonecznych są tymczasowe, istnieją od kilku dni do miesięcy. Ponieważ gorąca gwiazda obraca się, plamy na jej powierzchni pojawiają się i znikają z naszego pola widzenia, powodując zauważalne zmiany w jasności.

Oprócz zmian w jasności spowodowanych plamami, zespół odkrył także, że niektóre gwiazdy z gorącego krańca gałęzi horyzontalnej wykazują superrozbłyski – nagłe eksplozje energii i inne oznaki występowania pola magnetycznego. „Zjawiska te są podobne do rozbłysków, które obserwujemy na naszym Słońcu, ale dziesiątki miliony razy bardziej energetyczne” mówi Henri Boffin, współautor badań, astronom w siedzibie ESO w Niemczech. „Takie zachowanie zdecydowanie nie było oczekiwane i podkreśla ważną rolę pól magnetycznych w wyjaśnianiu własności tego typu gwiazd” - wyjaśnia.

Po sześciu dekadach prób zrozumienia gwiazd z gorącego krańca gałęzi horyzontalnej astronomowie dysponują teraz bardziej kompletnym obrazem tych obiektów. Co więcej, badania te mogą pomóc w wyjaśnieniu pochodzenia silnych pól magnetycznych w wielu białych karłach (obiektach reprezentujących finalne stadium w życiu gwiazd podobnych do Słońca) i pokazać podobieństwa do gwiazd z gorącego krańca gałęzi horyzontalnej.

Zmiany w jasności wszystkich gorących gwiazd – od młodych gwiazd podobnych do Słońca, do starych gwiazd EHB i martwych białych karłów – mogą być połączone ze sobą. Można więc obiekty te rozumieć jako wspólnie cierpiące od plam magnetycznych na ich powierzchniach.

Aby uzyskać opisane wyniki, astronomowie użyli różnych instrumentów na należącym do ESO teleskopie VLT, w tym VIMOS, FLAMES i FORS2, a także OmegaCAM na VLT Survey Telescope w Obserwatorium Paranal. Wykorzystani także ULTRACAM na  Teleskopie Nowej Technologii (NTT) w Obserwatorium La Silla w Chile. Przełom nastąpił, gdy zespół obserwował gwiazdy w bliskim ultrafiolecie, co pozwoliło na zbadanie gorętszych gwiazd, wyróżniających się jasnością pośród chłodniejszych gwiazd w gromadzie kulistej.

Źródło: Europejskie Obserwatorium Południowe