Tajemnicze zniknięcie masywnej gwiazdy z odległej galaktyki

Astronomowie wykryli absencję niestabilnej, masywnej gwiazdy w odległej galaktyce karłowatej, korzystając z należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) teleskopu VLT. Od 2001 do 2011 roku różne zespoły naukowców badały tajemniczą gwiazdę znajdującą się w galaktyce Kinmana. Obserwacje wskazywały, że gwiazda znajdowała się w późnym stadium ewolucji.

W ostatnim czasie Andrew Allan, doktorant w College Dublin w Irlandii, wraz ze swoimi współpracownikami z Irlandii, Chile i Stanów Zjednoczonych chcieli dowiedzieć się więcej na temat tego, w jaki sposób bardzo masywne gwiazdy kończą swoje życie, a obiekt w galaktyce karłowatej Kinmana wydawał się idealnym celem do takich badań. Jednak gdy w 2019 roku naukowcy skierowali teleskop VLT na odległą galaktykę, nie mogli znaleźć jakichkolwiek oznak istnienia gwiazdy. „Zamiast tego zaskoczeni odkryliśmy, że gwiazda zniknęła!” - mówi Allan, który kierował badaniami opublikowanymi pod koniec czerwca br. w periodyku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Galaktyka karłowata Kinmana znajduje się 75 milionów lat świetlnych od nas, w kierunku konstelacji Wodnika. Jest zbyt daleko, aby astronomowie mogli zobaczyć w niej pojedyncze gwiazdy, ale można wykrywać ich sygnatury. Od 2001 do 2011 roku światło z galaktyki konsekwentnie pokazywało dowody na obecność "jasnej, niebieskiej zmiennej (LBV) gwiazdy", około 2,5 miliona razy jaśniejszej od Słońca. Gwiazdy tego typu są niestabilne, wykazując okazjonalne, dramatyczne zmiany w swoim widmie i jasności.

Jednak nawet w takich stadiach jasne niebieskie zmienne pozostawiają ślady, które naukowcy mogą zidentyfikować - w tym przypadku takich śladów nie było w danych, które zespół zebrał w 2019 roku, wzbudzając wśród badaczy ciekawość co stało się z gwiazdą. „Byłoby bardzo nietypowe, gdyby taka masywna gwiazda zniknęła bez wytworzenia jasnego wybuchu supernowej” - mówi Allan.

Grupa najpierw skierowała instrument ESPRESSO w kierunku gwiazdy w sierpniu 2019 roku, korzystając jednocześnie z czterech 8-metrowych teleskopów VLT. Badacze nie byli jednak w stanie znaleźć oznak wcześniej wskazujących na istnienie jasnej gwiazdy. Kilka miesięcy później grupa próbowała obserwacji instrumentem X-shooter, również na teleskopie VLT, ale ponownie nie znaleziono śladów gwiazdy.

„Być może wykryliśmy jedną z najmasywniejszych gwiazd w lokalnym Wszechświecie wchodzącą łagodnie w noc [nawiązanie do poematu "Do not go gentle into that good night" walijskiego poety Dylana Thomasa - przyp. red.]” - mówi członek zespołu Jose Groh, również z Trinity College Dublin. „Nasze odkrycie nie miałoby miejsca bez wykorzystania potężnych 8-metrowych teleskopów ESO, ich unikalnych instrumentów i szybkiego dostępu do ich możliwości, dzięki niedawnej umowie o wejściu Irlandii do ESO.” Irlandia została krajem członkowskim ESO we wrześniu 2018 roku.

Później zespół sprawdził starsze dane, zebrane przy pomocy instrumentów X-shooter i UVES na teleskopie VLT, znajdującym się na chilijskiej pustyni Atakama, a także innych teleskopów w różnych miejscach. „Archiwum Naukowe ESO pozwoliło nam znaleźć i wykorzystać dane dotyczące tego samego obiektu uzyskane w 2002 i 2009 roku” - podkreśla Andrea Mehner, astronom pracująca w ESO w Chile, która brała udział w badaniach. „Porównanie widm w wysokiej rozdzielczości z UVES z 2002 roku z naszymi obserwacjami wykonanymi w 2019 roku przy pomocy najnowszego spektrografu wysokiej rozdzielczości ESPRESSO, było szczególnie odkrywcze, zarówno pod względem astronomicznym, jak i instrumentalnym” - twierdzi.

Stare dane sugerowały przy tym, że gwiazda w galaktyce karłowatej Kinmana może przechodzić okres silnego wybuchu, który prawdopodobnie zakończył się w jakimś czasie po 2011 roku. Jasne niebieskie zmienne, takie jak omawiana gwiazda, mają skłonność do doświadczania gigantycznych wybuchów w trakcie swojego życia, powodujących gwałtowne zwiększenie tempa utraty masy przez gwiazdę oraz jej jasności.

Opierając się na swoich obserwacjach i modelach, astronomowie zasugerowali dwa wyjaśnienia dla zniknięcia gwiazdy i braku supernowej, związane z tym możliwym wybuchem. Wybuch mógł dać efekt w postaci transformacji jasnej niebieskiej zmiennej w mniej jasną gwiazdę, która może być też częściowo przesłonięta przez pył. Zespół wskazuje, że alternatywnie gwiazda mogła zapaść się do czarnej dziury bez wygenerowania wybuchu supernowej. To byłoby rzadkie wydarzenie: nasze aktualne zrozumienie tego, w jaki sposób umierają gwiazdy masywne wskazuje, że większość z nich kończy życie w wybuchach supernowych.

Naukowcy podkreślają, że potrzebne są dalsze badania, aby potwierdzić los, który spotkał tę gwiazdę. Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT), którego rozpoczęcie działania planowane jest na 2025 rok, będzie w stanie już rozdzielić gwiazdy w odległych galaktykach, takich jak galaktyka karłowata Kinmana, co pomoże w rozwiązaniu kosmicznych zagadek podobnych do opisanej.

Źródło: ESO