Eksplozja na białym karle i powstanie nowej neonowej

Moi drodzy, bardzo miło jest mi wrócić na Steemit po miesięcznej przerwie. miałem dość trudną logistycznie konferencję w Bostonie i musiałem poświęcić jej cały swój czas.

Dziś mam niusa z kuluarów astronomii. Układ kataklizmiczny przeszedł przez fazę rozbłysku na powierzchni białego karła i teraz wchodzi w etap świecenia mgławicy. Powstała „nowa neonowa”. Obserwacje V392 Per przeprowadzone były 9 sierpnia 2018 w Obserwatorium Asiago we Włoszech przez mojego byłego nauczyciela ze szkoły obserwacyjnej, Paolo Ochnera. A teraz do rzeczy.

Wszystkie gwiazdy są zmienne. Niektóre zmieniają swoją jasność cyklicznie, jak Słońce, a inne nieregularnie. Są jednak takie obiekty, które swój blask zmieniają w sposób dramatyczny w postaci potężnego rozbłysku. Takie obiekty zwane są zmiennymi kataklizmicznymi, a ich chyba najlepiej znanym przykładem są wybuchające gwiazdy, supernowe. Do klasy zmiennych kataklizmicznych należą też obiekty będące w rzeczywistości układem dwóch gwiazd obiegających się wzajemnie po bardzo ciasnych orbitach. Okres obiegu jednej gwiazdy wokół drugiej może trwać nawet półtorej godziny. Jedną z tych gwiazd jest zwykła gwiazda, zazwyczaj podobna do Słońca, ale z reguły mniej masywna. Drugą zaś jest biały karzeł. Ten ostatni jest pozostałością po bardziej masywnej gwieździe, której żywot dobiegł końca. Gwiazda ta odrzuciła swoje zewnętrzne warstwy i w imię kosmicznego ekshibicjonizmu odsłoniła swoje gorące wnętrze. Biały karzeł jest w istocie nagim rdzeniem gwiazdy; tym samym, w którym kiedyś zachodziły reakcje termojądrowe i przemiana wodoru w hel (a w niektórych, bardziej masywnych przypadkach, później helu w węgiel, tlen i więcej). W białym karle nie ma już miejsca na reakcje termojądrowe, więc świeci on jedynie tą energią, którą nagromadził w czasie bycia normalną, zdrową gwiazdą. Jego obecność w ciasnym układzie z towarzyszącą mu zwyczajną gwiazdą, daje mu jednak szansę na przebłysk młodości.

^{Układ kataklizmiczny. Czerwony karzeł jest dawcą masy, która opada na białego karła schowanego w dysku rotującej materii.}

W układach kataklizmicznych biały karzeł przejmuje część materii z jego gwiazdy-towarzysza. Typowo jest to gwiazda nieco mniej masywna od Słońca, na przykład czerwony karzeł, chociaż istnieją całe klasy układów kataklizmicznych, gdzie białym karłom towarzyszą czerwone olbrzymy. Te jednak nie są powiązane z wydarzeniem mającym miejsce w V392 Persei. W tym konkretnym układzie siły pływowe z domieszką sił Coriolisa powoli obierają czerwonego karła z materii, zupełnie tak jakby obierać ze skórki jabłko. Zebrana materia, którą jest głównie wodór, jest kierowana w okolice białego karła. Dochodzi do różnych form akrecji, czyli opadania materii i jej zbierania się na zewnętrzu dawnej gwiazdy. Kiedy zebrana materia przekroczy krytyczną masę, warunki na powierzchni białego karła są wystarczające do rozpoczęcia fuzji wodoru w hel. To wydarzenie jest bardzo gwałtowne. W ciągu sekund biały karzeł z kosmicznego żużlu staje się ponownie członkiem rodziny żywych gwiazd. Zasadniczą różnicą jest fakt, że reakcje termojądrowe mają miejsce wyłącznie na jego powierzchni i nie posiada on zewnętrznych warstw, jak jego kompan. Ściśle rzecz biorąc, reakcje termojądrowe rozpoczynają się u podstawy uzbieranej cienkiej warstewki materii. Wskutek tego, energia wyprodukowana w procesie termojądrowego spalania rozwiewa ledwie zakumulowaną otoczkę. Zewnętrze gwiazdy zaczyna się rozdymać.

Nagły wzrost jasności powoduje, że uprzednio słabo widoczny punkt na niebie teraz staje się wyraźnie widoczny. Wygląda on zupełnie jak nowa gwiazda, która pojawiła się na niebie. To z tego powodu te wydarzenia noszą łacińską nazwę „nova” i nie mają innego polskiego odpowiednika, jak… nowa. Dziś oczywiście wiemy, że nie jest to nowa gwiazda, tylko cały ciąg zdarzeń, który wymaga obecności dwóch gwiazd, z czego jednej cokolwiek zużytej, ale nazwa pozostała.

Proces rozświecenia białego karła nazwany jest błyskiem powierzchniowym ze względu na prędkość rozchodzenia się frontu reakcji termojądrowej. Już w ciągu pierwszych pięciu minut od zainicjowania reakcji, cała powierzchnia białego karła zamienia się w jednostajnie działający nuklearny piec. Stabilizacja produkcji helu z wodoru następuje szybciej niż w pół godziny. Te skale czasowe są imponujące, jeśli weźmie się pod uwagę, że biały karzeł jest rozmiarami podobny do Ziemi. To tak, jakby w ciągu kilku minut całą naszą planetę pokryły pożary. Z tą różnicą, że na powierzchni białego karła reakcje termojądrowe doprowadzają do temperatur rzędu 220 milionów Kelwinów.

^{Materia uniesiona białego karła otarza nie tylko jego samego, ale i gwiazdę-towarzysza.}

Maksimum produkcji energii z procesów termojądrowych trwa tylko kilka godzin. Rozgrzewanie oraz przeświecanie najbardziej zewnętrznych części gwiazdy trwać będzie jeszcze kilka dni.To własnie tyle czasu zajmuje białemu karłowi osiągnięcie maksymalnej jasności w świetle widzialnym. Innymi słowy, pomimo nagłego, szybkiego pojaśnienia trwającego minuty, gwiazda będzie stawała się jeszcze nieco jaśniejsza w skali tygodnia. Mniej więcej tyle zajmuje osiągnięcie równowagi między ilością produkowanej energii, a ilością wyrzucanej dookoła materii.

Najprostszy model przewiduje, że po pierwszych kilku godzinach od rozpoczęcia rozbłysku, kokon rozdętych zewnętrznych otoczek wodorowych posiada rozmiary około stu promieni Słońca. Wygląda on podobnie jak gwiazda-olbrzym o typie spektralnym A. Z tą różnicą, że wewnątrz niego znajduje się oryginalny, obecnie szalejący światłem biały karzeł oraz jego gwiazda-kompan. Temperatura „powierzchni” takiego obiektu wynosi nie więcej jak 12’000 K. Bardziej złożone modele przewidują, że towarzysząca białemu karłowi chłodna gwiazda będzie wchodziła w interakcję z okalającą ją teraz nową, gorącą materią. Tak się powinno dziać w szczególności, gdy z okolicy białego karła materia będzie unoszona w sposób ciągły i jednostajny. Dokładnie tak, jak ma to miejsce w ciągu kolejnych dni i tygodni świecenia nowej. Wynikiem działania orbitującej gwiazdy na wszechogarniający ją zewnętrzny wiatr gwiazdowy będzie zniekształcenie nowo tworzącego się obłoku wokół układu kataklizmicznego. Gwiazda-kompan będzie kosmicznym gorsetem założonym na kiełkującej mgławicy.

Ewolucja nowej po osiągnięciu maksymalnej jasności dzieli się na trzy zasadnicze etapy. Pierwszym jest wyświecanie energii przez centralny obiekt. Ten etap trwa od jednego do około trzech miesięcy, zależnie od wielu czynników związanych z samym układem kataklizmicznym. W jego trakcie nowa słabnie o około pięć magnitudo, czyli stukrotnie. W tym czasie z białego karła wysyłany jest wiatr gwiazdowy, który napędza i podgrzewa materię zebraną wokół niego. Materia ta jest zalążkiem wspomnianej wcześniej mgławicy. Po pewnym czasie jasność białego karła spada na tyle, że zasilana wiatrem gwiazdowym mgławica zaczyna dominować w świetle widzialnym. Nowa wchodzi w etap mgławicowy. W tym etapie jest obecnie V392 Persei.

^{Mgławica nowej V392 Per jest podobna kształtem do mgławicy Klepsydra, którą widać na zdjęciu powyżej.
Strzałka wskazuje kierunek patrzenia na nową neonową z Ziemi.}

Etap mgławicowy jest kluczowy w rozpoznawaniu typu nowej.  To teraz najwięcej świecenia pochodzi od pierwiastków uniesionych z białego karła. Wbrew pozorom, nie jest to wyłącznie wodór. Reakcje termojądrowe zapewniają dobre mieszanie się składników, więc w mgławicy znajdują się wszystkie pierwiastki, które były w samym białym karle. W przypadku nowej V392 Persei, ogromna ilość światła pochodzi od zjonizowanych atomów neonu. Oznacza to, że biały karzeł był od początku białym karłem tlenowo-neonowym. Wydaje się więc, że nie jest to pierwsza eksplozja nowej w tym układzie. Astronomowie Hachisu i Kato, którzy reprezentują japońskie uczelnie, szacują w swojej pracy z 2017 roku, że potrzeba kilku tysięcy wybuchów nowych w tym samym układzie, by ze standardowego węglowo-tlenowego białego karła zrobić białego karła tlenowo-neonowego. Czy to znaczy, że V392 Persei wybuchała już tysiące razy w przeszłości? Praktycznie wszystkie modele gwiazd nowych przewidują, że układy kataklizmiczne mogą przechodzić przez etap nowej raz na kilkaset tysięcy lat. Scenariusz wielokrotnej nowej jest więc całkiem prawdopodobny. Co ciekawe, istnieje cała klasa układów kataklizmicznych przechodzących przez fazę nowej co kilkadziesiąt… lat. Takie obiekty znane są jako nowe powracające (lub rekurentne, jeśli stosować kalkę z angielskiego).

^{Pozostałość po nowej GK Per, która miała miejsce w 1901 roku i w maksimum jasności była tak jasna jak Wega. Na różowo zaznaczono promieniowanie, na niebiesko promieniowanie rentgenowskie, a na pomarańczowo obraz w zakresie widzialnym.}

Nowa w Perseuszu posiada bardzo dobrą historię obserwacji z jednego, nadzwyczajnego powodu. V392 Per ma od lat status układu kataklizmicznego. Do tej pory jednak jej natura odpowiadała klasie obiektów znanych jako nowe karłowate. One tez są ciasnym układem podwójnym, ale w nich rozbłysk nie pochodzi z białego karła, a z samej materii, która na niego opada. Znamy tylko kilka takich układów, które należały do klasy nowych karłowatych i stały się nowymi klasycznymi. V392 Per jest bardzo rzadkim okazem, w którym zaobserwowano nie tylko takie przeobrażenie, ale też którego głównym pierwiastkiem świecącym jest neon.

W tej chwili oczekujemy na rozpoczęcie trzeciego etapu nowej Będzie on oznaczony przez zanik promieniowania rentgenowskiego z białego karła i obcięcie wiatru gwiazdowego. Mgławica straci zasilanie, po czym będzie świeciła coraz słabiej. Bazując na innych znanych nowych neonowych, można szacować, że nastąpi to za jakieś pięć miesięcy. Modele nowych przywidują, że układ kataklizmiczny po kolejnych kilku(nastu) latach powinien wrócić do swojej wyjściowej jasności. V392 Persei może zachować się jednak nieco inaczej. Możliwe, że po krótkim czasie wróci on ponownie do bycia nową karłowatą. Gdzie szukać przyczyny takiego stanu rzeczy? W tej chwili poruszamy się na granicy wiedzy z zakresu układów kataklizmicznych. Możliwe, że w tym konkretnym układzie towarzyszem białego karła nie jest czerwony karzeł, ale wyewoluowany czerwony olbrzym. Wtedy należałoby zwrócić się ku klasie układów zwanych gwiazdami symbiotycznymi, co, ze względu na bardzo krótki okres orbitalny, czyniłoby z V392 Per bardzo nietypowego członka tej rodziny. 

---

Moi drodzy Czytelnicy, ten wpis zamieściłem również na moim nowym blogu: Eksplozja na białym karle i powstanie nowej neonowej.

---

W przyszłym tygodniu będę na zjeździe Międzynarodowej Unii Astronomicznej w Wiedniu. Wysyłam pocztówki do tych, którzy mnie aktywnie wspierają na Patronite :). Dodatkowo, za miesiąc będę na konferencji na Słowacji, skąd też będę wysyłał kartki!

Pozdrowienia!

---

^{Pierwotnie opublikowano na Notaty Obserwatora. Blog na Steem napędzany przez dBlog.}