Kosmos

Tarantula – żłobek dla olbrzymów

Numer 4/2018
163 tys. lat świetlnych od nas znajduje się zdumiewająca mgławica licząca najwięcej olbrzymich gwiazd w całej naszej Grupie Lokalnej, czyli rodzimej gromadzie galaktyk.

Tarantula leży w Wielkim Obłoku Magellana, który jest galaktyką satelicką Drogi Mlecznej. Nazwa wynika z tego, że jej świetliste włókna – powstałe w wyniku działania wiatru gwiazdowego, ciągnącego ze zwartej gromady gwiazd leżącej w środku – przypominają nogi wielkiego pająka. Gdy mgławicę odkryto, początkowo uznano ją za gwiazdę i oznaczono jako 30 Doradus. Dopiero w połowie XVIII w. francuski astronom Nicolas-Louis de Lacaille, badający dokładnie niebo południowe, uznał obiekt za mgławicę – ale nazwa pozostała niezmieniona.

Od S Doradusa do R136a1

W Wielkim Obłoku Magellana, bardzo blisko Tarantuli, znajduje się hiperolbrzym, który zyskał nazwę S Doradus. Ta błękitna gwiazda zmienna o masie ok. 45 mas Słońca, jedna z najjaśniejszych (–10m) do tej pory poznanych gwiazd, leży w środku otwartej gromady NGC 1910, w odległości 169 tys. lat świetlnych od nas. Jest bardzo zmienna, a więc jej aktywność i jasność bardzo fluktuują. Gwiazda ta dała nazwę całej klasie podobnych obiektów – czyli gwiazd typu S Doradus – zmiennych błękitnych hiperolbrzymów (luminous blue variable), które stanowią końcową fazę życia gwiazd najbardziej masywnych. Zresztą wkrótce okazało się, że właśnie w samej Tarantuli istnieje wiele tego typu gwiazd, a także jeszcze bardziej masywnych, znajdujących się jeszcze dalej, najdalej na ścieżce ewolucji gwiezdnych gigantów, a więc obiektów typu Wolfa-Rayeta.

Tarantula od lat interesowała astronomów, ponieważ mgławica ta jest najbardziej gwiazdotwórczym obszarem nie tylko w Wielkim Obłoku Magellana, ale też w całej Grupie Lokalnej. Oznacza to, że ani w Drodze Mlecznej, ani w Andromedzie czy innych galaktykach naszej rodzimej gromady nie ma obszaru, w którym rodziłoby się więcej gwiazd. Nie koniec na tym. Bliższe obserwacje wykazały, że w Tarantuli znajduje się też najwięcej największych gwiazd, czyli o masach dziesięciu, kilkudziesięciu, a nawet kilkuset mas Słońca. I to jeszcze nie wszystko, albowiem latem 2010 r. zespół astronomów, kierowany przez prof. Paula Crowthera z University of Sheffield, przy użyciu VLT (Very Large Telescope, Bardzo Duży Teleskop, działający w Chile i należący do ESO) odkrył w gromadzie gwiazd należącej do Tarantuli, oznaczonej symbolem R136 – to właśnie wiatr gwiazdowy jej gwiazd tworzy nogi pająka – gwiazdę, która w chwili swoich narodzin, czyli około miliona lat temu, miała masę 320 mas Słońca! Oznaczono ją symbolem R136a1. To odkrycie zdumiało badaczy (patrz „WiŻ” 09/2013), ponieważ do 2010 r. uznawano, że nawet najpotężniejsze gwiazdy nie mogą przekraczać 150 mas Słońca. Teraz okazało się, że mogą być właściwie ponaddwukrotnie masywniejsze. R136a1 jest obecnie gwiazdą typu Wolfa-Rayeta, a więc najpewniej wybuchnie wkrótce jako potężna supernowa.

Po odkryciu Crowthera zrodziło się więc ważne pytanie, w jaki sposób taki gigant mógł w ogóle powstać. R136a1 jest bowiem gwiazdą bardzo młodą o wysokiej metaliczności. I to właśnie owa metaliczność, a więc zawartość pierwiastków cięższych niż wodór i hel, jest przyczyną bardzo nasilonego wiatru gwiazdowego R136a1, w którego wyniku gwiazda ta przez milion lat utraciła masę ok. 55 mas Słońca. Dzisiaj jest więc istotnie mniej masywna niż w chwili narodzin. Ale w jaki sposób, przy wysokiej metaliczności, zapadający się w obłoku protogwiezdnym gigant nie został rozwiany przez własną radiację? Tego nie wiadomo.

Kolejną konsekwencją obserwacji Crowthera jest pytanie o możliwość istnienia gwiazd jeszcze większych niż te obserwowane o masie ponad 300 Słońc, np. o masie 500 Słońc albo i tysiąca. Na marginesie, to w Tarantuli właśnie, w gromadzie gwiazd R136, odkryto drugą największą z dotychczas poznanych gwiazd, a mianowicie R136a2 o masie 192 Słońc w chwili obecnej, a wreszcie też trzecią najmasywniejszą, czyli R136c – 175 mas Słońca dzisiaj. W momencie ich narodzin gwiazdy te były istotnie większe.

Wyniki z Chile

Zdobycie wiedzy na temat gwiazd bardzo masywnych jest ogromnie utrudnione; jest ich po prostu mało i w Drodze Mlecznej oraz stosunkowo blisko niej występują zaledwie w kilku miejscach. Tarantula okazuje się najlepszym z nich, dlatego od kilku lat prowadzi się w wielu obserwatoriach bardziej szczegółowe analizy tej struktury. Zajmuje się tym m.in. międzynarodowy zespół astronomów (głównie z University of Oxford oraz hiszpańskiego Instituto de Astrofísica de Canarias) korzystający z chilijskiego teleskopu VLT. Działa on w ramach programu VLT-FLAMES Tarantula Survey (VFTS). Zespół ten najpierw dokonał wstępnych obserwacji ok. 1000 masywnych gwiazd Tarantuli, czyli masywniejszych niż dziesięć Słońc. Następnie skupił się na prawie 250 gwiazdach o masach 15–200 Słońc. Zastosowano tu funkcję matematyczną IMF (initial mass function), opisującą rozkład mas gwiazd w momencie ich narodzin. Poprzednie symulacje IMF wskazywały, że im gwiazdy są masywniejsze, tym rzadziej występują, a gwiazd o masach powyżej 10 Słońc jest w naszym lokalnym wszechświecie zaledwie 1%.

Teraz wyniki nowych badań IMF kazały astronomom nieco zweryfikować dotychczasowe poglądy – gwiazd masywnych musi istnieć znacząco więcej niż 1%. Miejsc podobnych do Tarantuli, z dużą nadwyżką gwiazd bardzo masywnych, z pewnością jest jeszcze wiele. To ważne ustalenie, ponieważ gwiazdy o dużych masach najbardziej wpływają na ewolucję kosmosu – przede wszystkim stanowią źródło pierwiastków cięższych od wodoru i helu, i to zarówno wskutek własnej przemiany termojądrowej i radiacji, jak i w wyniku wybuchów supernowych. „Nasze badania mają duże konsekwencje dla ogólnego wyobrażenia kosmosu – wyjaśnia jeden z członków zespołu, Fabian Schneider z University of Oxford. – Wynika z nich bowiem, że może w nim być aż o 70% więcej supernowych, niż dotąd szacowano, a radiacja bardzo masywnych gwiazd może być większa nawet o 270%. Zwiększa się też o jakieś 180% liczba czarnych dziur, które po narodzinach w układach podwójnych mogą się zderzać i produkować wykryte niedawno fale grawitacyjne”.

Okazuje się więc, że badania unikalnej z wielu powodów mgławicy mogą być o wiele ważniejsze niż tylko wykrywanie nowych masywnych gwiazd – mogą one zmienić nasz pogląd na fundamentalne prawa rządzące wszechświatem.

Wysyp gigantów binarnych

To jednak nie koniec niespodzianek, jakie skrywała przed nami tajemnicza mgławica S Doradus. Naukowcy z Instytutu Astronomii, Geofizyki i Nauk o Atmosferze Universidade de São Paulo w Brazylii, działający w ramach programu Tarantula Massive Binary Monitoring, też skupili się na tej mgławicy w poszukiwaniu układów podwójnych bardzo masywnych gwiazd. Z grupy 800 gigantów wybrali 100, które najprawdopodobniej istnieją w takich układach, i udało im się odkryć 82 takie przypadki. Już to dokonanie dwukrotnie zwiększyło liczbę znanych nam układów tego typu. Ciekawe, jakie skarby kryje jeszcze w sobie ta niezwykła mgławica.

Wszystkie te ustalenia dotyczą obiektu, który ma zaledwie 1000 lat świetlnych średnicy i znajduje się w nieregularnym i niekarłowatym, ale też niezbyt dużym satelicie galaktycznym Drogi Mlecznej, jakim jest Wielki Obłok Magellana. Trwają dalsze badania tej zdumiewającej mgławicy i na pewno o kosmicznym wielkim pająku usłyszymy jeszcze nieraz.

Przemek Berg
dziennikarz naukowy, związany na stałe z redakcją tygodnika „Polityka”

01.04.2018 Numer 4/2018
Reklama
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną