W 2010 roku naukowcy odkryli 4 niezwykle duże gwiazdy, z których największa jest ponad 300 razy masywniejsza od Słońca. Pomimo ich niewiarygodnej jasności, podobne obiekty nie zostały znalezione nigdzie poza gromadą gwiazd R136 w pobliskim Wielkim Obłoku Magellana. Grupa astronomów w Uniwersytetu w Bonn znalazła niedawno wyjaśnienie: te ogromne gwiazdy powstały w wyniku zderzenia i złączenia się mniejszych gwiazd w ciasnych układach podwójnych. Wyniki ich badań zostały przedstawione w Miesięcznym Magazynie Królewskiego Stowarzyszenia Astronomicznego.

Artykuł przetłumaczyli: Filip Domański, Michał Nosol i Mateusz Góra.

Wielki Obłok Magellana, leżący 160 000 lat świetlnych od Drogi Mlecznej, jest trzecim najbliższym satelitą naszej Galaktyki i składa się z około 10 miliardów gwiazd. W Wielkim Obłoku Magellana znajduje się wiele regionów, w których powstają gwiazdy. Najbardziej aktywnym jest mająca 1000 lat świetlnych średnicy Mgławica Tarantula, gdzie znaleziono cztery supermasywne gwiazdy. Ten obłok pyłów i gazów, zwany jest też jako “30 Dor”, jest niezwykle płodnym miejscem narodzin gwiazd w Wielkim Obłoku Magellana. W pobliżu jego środka znajduje się R136, najjaśniejszy “gwiezdny żłobek” nie tylko w Obłoku, lecz także w całej Gromadzie Lokalnej złożonej z ponad 50 galaktyk (w tym naszej). Tam właśnie znajdują się wspomniane cztery zaskakująco wielkie gwiazdy.

Do momentu odkrycia tych ciał niebeskich w 2010 roku, obserwacje Drogi Mlecznej i innych galaktyk sugerowały, że największa masa, jaką może osiągnąć gwiazda powstała w dzisiejszym Wszechświecie, wynosi około 150 mas Słońca. To stwierdzenie było uznawane za uniwersalne i było prawdziwe dla wszystkich gwiazd niezależnie od miejsca ich narodzin. “Nie tylko duża masa samych gwiazd, ale także masy poszczególnych ich składników są dość nietypowe, jak na miejsce ich powstania” – jak mówi profesor uniwersytetu Bonna dr Paweł Kroupa, współautor pracy pt.: “Proces powstawania gwiazd jest uniwersalny”. Cztery nowoodkryte jasne i ciężkie gwiazdy w R136 są dużym odstępstwem od szeroko uznawanej górnej granicy masy. Czy to oznacza, że gwiazdy w okolicach “300 Dor” powstają w inny, nieznany wcześniej sposób? Jeśli ta teoria okaże się prawdziwa, zachwieje to fundamentami współczesnej astronomii gwiazdowej.

W skład grupy badawczej wchodzi również Seungkynng Oh Dr Sambaran Barerjee, który symulował oddziaływania pomiędzy gwiazdami w skupisku R136. W tym modelu dodawał jedną po drugiej około 170 000 gwiazd, aby odtworzyć skupisko możliwie dokładnie. Ostatecznie naukowiec upewnił się co do poprawności całego procesu. Aby wyznaczyć podstawowe zależności, trzeba było rozwiązać ponad 510 000 równań. Symulację dodatkowo komplikowały reakcje jądrowe, uwzględnienie energii z każdej z gwiazd i częste zderzenia.

Te bardzo intensywne obliczenia gwiazda po gwieździe znane są jako “bezpośrednia symulacja N-ciał” i są najbardziej rzetelną i dokładną metodą na modelowanie skupisk gwiazd. Badacze z Bonn użyli kodu “NBODY6”, stworzonego głównie przez Sverre Aarseth z Instytutu Astronomii w Cambridge i skorzystali z najlepszego przyspieszenia kart graficznych zainstalowanych w zwykłych komputerach. “Przy tak wysokim stopniu złożoności R136 jest najbardziej skomplikowanym zastosowaniem modelu N-ciał w historii” – mówią Paweł i Seungkynng.

“Odkąd poznaliśmy wynik obliczeń, szybko stało się jasne, że superciężkie gwiazdy nie są tajemnicą” dodaje Sambaran.Te gwiazdy pojawiają się bardzo wcześnie w życiu gromady. Z tak wielu gigantycznych gwiazd w ciasnych układach podwójnych, które są upakowane blisko siebie, występują losowe spotkania, z których niektóre kończą się kolizją, gdzie dwie gwiazdy łączą się w cięższe obiekty. Tak powstałe gwiazdy potrafią łatwo stać się tak masywnymi, jak te widziane w R136″.

“Wyobraźcie sobie dwie potężne gwiazdy krążące blisko siebie, duet których rozciągany jest przez przyciąganie grawitacyjne sąsiadujących gwiazd. Jeżeli ich początkowa orbita jest odpowiednio rozciągnięta, wtedy gwiazdy zderzają się ze sobą tworząc jedną, gigantyczną” – wyjaśnia Sambaran.

“Pomimo iż fizyka kolizji dwóch masywnych gwiazd jest bardzo skomplikowana, nadal jesteśmy pewni, że znaleźliśmy właściwe wyjaśnienie istnienia gwiazd widzianych w Tarantuli” – mówi Banerjee. “To nas uspokaja” – stwierdza Kroupa. “Kolizje oznaczają, że o wiele łatwiej wyjaśnić nam obecność supermasywnych gwiazd. Uniwersalność procesów gwiazdotwórczych wygrywa z wszystkim”.

Autor

Krzysztof Suberlak