Najnowsze badania finansowane przez NASA mówią, że najmasywniejsze i najgorętsze gwiazdy we Wszechświecie nie są tak gorące jak dotychczas sądzono. Wynik ten otrzymano porównując nowe modele atmosfer gwiazdowych ze starszymi badaniami młodych, masywnych gwiazd w sąsiedniej galaktyce – Małym Obłoku Magellana. Obserwacje wykonano za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a (Hubble Space Telescope, HST) i Badacza Dalekiego Ultrafioletu (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer, FUSE).

Jesteśmy zainteresowani gorącymi, młodymi gwiazdami gdyż bez nich nie moglibyśmy istnieć” – powiedziała dr Sara Heap, astronom z Centrum Kosmicznego imienia Goddarda. “Pierwiastki potrzebne do życia, jak tlen, powstają w jądrach tych gwiazd i są rozrzucane w Kosmosie, kiedy gwiazdy te wybuchają. Wyrzucona w wyniku wybuchu materia staje się zalążkiem następnych pokoleń gwiazd, a ostatecznie – życia. Nowe rezultaty badań pomogą nam zrozumieć jak ewoluują młode, masywne gwiazdy i galaktyki w których one się znajdują“. Dr Heap zaprezentowała swój plakat na sesji plakatowej w trakcie spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Albuquerque.

Gdyby gwiazdy miały osobowości, masywne gwiazdy typu “O” byłyby największymi “imprezowiczami” we Wszechświecie. Mają masy między 20 a 100 masami Słońca, ich temperatury powierzchniowe są 5 do 10 razy większe, a moc promieniowania przekracza moc Słońca nawet milion razy! Żyją szybko i umierają młodo bardzo szybko wypalając paliwo termojądrowe w swoich wnętrzach. Po kilku milionach lat życia wybuchają jako gwiazdy supernowe (dla porównania – czas życia Słońca to około 10 miliardów lat, z czego połowę nasza gwiazda ma już za sobą).

Najnowsze pomiary wskazują, że gwiazdy typu O są najprawdopodobniej o około 5 do 20 procent chłodniejsze niż dotąd szacowano. “Dokładna znajomość temperatury jest kluczem do zrozumienia natury gwiazdy” – powiedział dr Thierry Lanz z Uniwersytetu Maryland, który jest współautorem nowego modelu gwiazd typu O (wraz z dr Ivanem Hubeny’em z National Optical Astronomy Observatory (Narodowe Obserwatorium Optyczne) w Tucson w Arizonie).

Jeśli gwiazdy typu O są rzeczywiście chłodniejsze niż przypuszczano, ich moce promieniowania i masy również będą musiały zostać poprawione. Jasność bardzo silnie zależy od temperatury. Jeśli gwiazdy typu widmowego O mają temperatury 5 do 20 procent niższe, ich jasności muszą być 20 do 80 procent niższe! Niższe jasności prowadzą również do wniosku, że masy tych gwiazd są o około jedną trzecią mniejsze niż przypuszczano.

Temperatura gwiazdy zmienia się z czasem. Jej znajomość pozwala astronomom wyciągać wnioski dotyczące wieku gwiazd. Bardziej dokładna znajomość temperatury pozwoli więc dokładniej ustalić ile lat liczy sobie dana gwiazda i poprawić modele gwiazdowej ewolucji.

Nowy model atmosfer gwiazdowych daje dokładniejsze informacje co dzieje się ze światłem biegnącym ku Ziemi, kiedy przechodzi ono przez atmosferę gwiazdy typu O. Atomy pierwiastków znajdujących się tam zatrzymują światło o pewnych kolorach, w zależności od rodzaju pierwiastka i temperatury. Astronomowie używają spektrografów do badań widm tych gwiazd (spektrografy rozczepiają światło podobnie jak krople wody tworzące tęcze). Zależność ilości docierającego światła od długości fali nosi nazwę widma. Przypomina ono kolorową tęczę z ciemnymi pasami odpowiadającymi pochłonięciom przez pierwiastki znajdujące się w gwiezdnych atmosferach.

Widma gwiazd różnią się między sobą, a różnice te zależą od ich temperatur, wieku, masy i składu chemicznego. Uczeni porównali widma otrzymane na drodze obserwacji z uzyskanymi teoretycznie na podstawie modeli atmosfer gwiazd i stwierdzili, że pasują one do siebie najlepiej wtedy, gdy temperatury tych gwiazd są nieco niższe niż dotychczas sądzono.

Poprzednie modele uwzględniały jedynie absorpcję (pochłanianie) przez atomy wodoru i helu, pierwiastków najobficiej występujących w atmosferach gwiazd. Włączenie innych obecnych tam pierwiastków w znacznej mierze utrudnia obliczenia. Dzięki postępowi technik numerycznych i mocy obliczeniowej komputerów, Lanz i Hubeny byli w stanie włączyć do swojego modelu więcej pierwiastków i otrzymać dzięki temu dokładniejsze wyniki. Oprócz tego, Teleskop Kosmiczny i FUSE uzyskały najdokładniejsze jak dotąd widma gwiazd typu O w Małym Obłoku Magellana, zwiększając zaufanie astronomów do otrzymanych wyników.

Gwiazdy typu O mają wkład do ewolucji galaktyk poprzez tworzenie i dystrybucję ciężkich pierwiastków. Pomagają też astronomom badać ewolucję galaktyk. Ponieważ gwiazdy typu widmowego O żyją krótko, w swoim życiu nie są w stanie oddalić się znacznie od miejsca swoich narodzin. Są jasne, mogą być więc widoczne ze znacznych odległości. Kiedy astronomowie odkrywają zagęszczenie gwiazd typu O w odległej galaktyce, wiedzą że jest to obszar, w którym rodzą się gwiazdy, nawet jeśli nie są w stanie dostrzec słabszych i mniej masywnych gwiazd.

Astronomowie użyli gwiazd w Małym Obłoku Magellana do wyskalowania swojej metody badawczej. Możliwe teraz będzie badanie gwiazd typu O w odleglejszej części Wszechświata.

Autor

Michał Matraszek