Jak wynika z badań przeprowadzonych przez astronomów z należącego do Uniwersytetu w Bochum obserwatorium w Chile, masywne gwiazdy rzadko występują samotnie. Na 800 zaobserwowanych przez ostatnie lata około stu razy cięższych od Słońca obiektów, ponad 90% było układami wielokrotnymi. Te dane są mocnym argumentem potwierdzającym teorię, że masywne gwiazdy formują się już jako systemy podwójne.

Słońce chowa się za horyzontem, ciemność zalewa Pustynię Atacama w Chile. Kilka punkcików migocze na niebie, pojawia się ich coraz więcej, aż w końcu cała Droga Mleczna rozciąga się na firmamencie. Nie ma lepszego miejsca na świecie do prowadzenia obserwacji astronomicznych. Właśnie tam znajduje się obserwatorium astronomiczne RUB. Jest usytuowane w odległości 20 km od największego europejskiego obserwatorium, Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) na wzgórzu Cerro Paranal.

Astronomowie z Bochum są zainteresowani w szczególności pewnym fenomenem. Mianowicie, analiza zmienności jasności gwiazd na dużych odcinkach czasu pokazała, że masywne gwiazdy będące średnio 100 razy cięższe od Słońca występują przeważnie w układach podwójnych. Mogłoby się wydawać, że skoro wiemy jak działają pojedyncze gwiazdy, powinniśmy także wiedzieć, jak będą zachowywać się te podwójne. Astronomowie przyjrzeli się 800 masywnym gwiazdom możliwym do zaobserwowania z obserwatorium w Chile. Ponad 90% okazało się systemami składającymi się z dwóch, trzech lub czterech gwiazd krążących wokół wspólnego środka masy.

Nasuwa się jednak pytanie: dlaczego nie zostało to nigdy wyłapane w danych pochodzących z największych teleskopów? Gwiazdy te znajdują się przede wszystkim zbyt blisko siebie, żeby zobaczyć je jako oddzielne punkty. Ponadto astronomowie z Bochum zastosowali pewną sztuczkę. Rozdzielili światło pochodzące od tych gwiazd na różne długości fal. Skład chemiczny gwiazd warunkuje konkretne długości fal emitowanego przez nie światła (tzw. linie spektralne). Ich analiza pozwala stwierdzić, czy obserwowany obiekt jest w rzeczywistości gwiazdą pojedynczą, czy może jednak podwójną. Wykorzystano także fakt, że gwiazdy krążąc wokół wspólnego środka masy wywołują efekt Dopplera. Efekt ten jest dobrze znany każdemu, kto kiedykolwiek słyszał dźwięk syreny przejeżdżającej obok karetki. Kiedy karetka się zbliża dźwięk wydaje się wyższy niż wtedy, gdy się oddala. Coś podobnego ma miejsce ze światłem, jest to tzw. relatywistyczny efekt Dopplera. Kiedy gwiazda porusza się w kierunku obserwatora, częstotliwość emitowanych przez nią fal elektromagnetycznych wzrasta, natomiast gdy się oddala, fale przesuwają się w stronę większych długości, czyli czerwonego krańca spektrum.

Zespół odkrył, że wiele spośród badanych gwiazd ma linie spektralne, które zmieniają się w sposób regularny przesuwając się pomiędzy niebieskimi i czerwonymi zakresami. Stąd pozornie pojedyncza gwiazda była często w rzeczywistości układem podwójnym dwóch orbitujących wokół siebie gwiazd. W niektórych układach odkryto nawet trzy albo cztery gwiazdy. Opierając się na tych danych, astronomowie oszacowali okres orbitalny każdego wielokrotnego układu, czyli czas potrzebny poszczególnym gwiazdom na okrążenie pozostałych w układzie.

Analizy statystyczne dodatkowo umożliwiły wysnucie następującego wniosku: im cięższa jest gwiazda, tym większe jest prawdopodobieństwo tego, że znajduje się w układzie wielokrotnym. Ogólnie mówiąc gwiazdy o podobnych masach występują razem. Nasuwa się pytanie dlaczego. Dlaczego gwiazda o masie sięgającej 50 mas Słońca łapie partnera o bardzo zbliżonej masie? Byłoby jej znacznie łatwiej przyciągnąć gwiazdę o masie jednego Słońca. Niewątpliwie proces formowania gwiazd wyjaśnia nam ten fenomen. Profesor Rolf Chini, który kieruje badaniami na RUB zakłada, że masywne gwiazdy powstają jako „bliźniaki”. Ciała niebieskie powstają z gazu i pyłu kosmicznego, które się zagęszczają. W fazie końcowej powstały obłok dzieli się na dwie części o podobnej wielkości.

Dzisiaj istnieją już modele obrazujące ten proces, jednak wszystkie próby wyjaśnienia procesu formacji pojedynczych masywnych gwiazd kończą się fiaskiem. Obserwacje astronomów z RUB dają jednak powód do rozważenia alternatywnych modelów formowania się gwiazd.

Autor

Weronika Łajewska
Weronika Łajewska