Otkriven novi put nastanka eksplozivnih zvjezdanih sustava

U nekim od najeksplozivnijih zvjezdanih sustava u galaksiji, dvije zvijezde kruže jedna oko druge u smrtonosnom plesu. Jedna od njih, bijeli patuljak – izgorjela jezgra zvijezde poput Sunca – povlači materijal sa svog pratioca, stvarajući periodične termonuklearne erupcije poznate kao nove. Takvi sustavi nazivaju se kataklizmičke promjenjive zvijezde (CV-ovi). No, novo istraživanje sugerira da ove bliske parove možda nije spojila njihova međusobna gravitacija – već treća, udaljenija zvijezda.

Gaia otkriva

Analizom podataka misije Gaia Europske svemirske agencije, astronomi su identificirali 50 poznatih kataklizmičkih promjenjivih sustava koji su dio hijerarhijskih trostrukih konfiguracija – sustava u kojima dvije zvijezde čine bliski par, dok treća kruži mnogo dalje, često na udaljenosti većoj od 100 astronomskih jedinica.

Dosadašnje teorije pretpostavljale su da CV-ovi nastaju kroz fazu zajedničkog omotača plina: kada jedna od zvijezda postane crveni div, njezina proširena atmosfera obuhvati obje zvijezde. Unutar tog omotača, trenje i prijenos mase prisiljavaju zvijezde da se spiralno približe. Po izbacivanju plinovitog omotača, preostaje bliski binarni sustav u kojem bijeli patuljak može početi izvlačiti masu iz svog pratioca.

No, nova analiza pokazuje da se u najmanje 10% opaženih slučajeva u blizini nalazi treća zvijezda, što otvara pitanje njezine moguće ključne uloge u samom nastanku tih sustava.

Računalne simulacije otkrivaju drugačiji scenarij

Kako bi provjerili hipotezu, istraživači su proveli 2.000 računalnih simulacija trostrukih zvjezdanih sustava koristeći gravitacijsku dinamiku triju tijela. Rezultati su pokazali da u 20% slučajeva CV-ovi mogu nastati bez ikakve potrebe za zajedničkim omotačem plina. U tim slučajevima, treća zvijezda destabilizira glavni par, uzrokujući ekstremno eliptične orbite koje u jednom trenutku dovedu dvije zvijezde vrlo blizu. Tada plimne sile disipiraju energiju i postupno zaokružuju orbitu, omogućujući interakciju bez klasične faze zajedničkog omotača.

U dodatnih 60% simulacija, treća zvijezda ne izravno stvara CV, ali potiče nastanak zajedničkog omotača plina tako što dovodi unutarnji par dovoljno blizu. Samo u preostalih 20% slučajeva kataklizmičke promjenjive nastaju isključivo kroz tradicionalni mehanizam s dvije zvijezde.

Kada su simulacije usporedili s poznatim populacijama zvijezda u galaksiji, modeli su pokazali da čak 40% svih CV-ova vjerojatno potječe iz trostrukih sustava. Taj je udio znatno viši od 10% opaženih u Gaiinim podacima, što se objašnjava činjenicom da su treće zvijezde često preslabe, previše udaljene ili su se u međuvremenu gravitacijski odvojile od sustava.

Nova paradigma u evoluciji zvjezdanih sustava

Istraživači su identificirali i specifične uvjete pod kojima trostruki sustavi najčešće rezultiraju CV-ovima. Ključno je da treća zvijezda bude vrlo udaljena – više od 100 astronomskih jedinica – kako bi njezino gravitacijsko djelovanje moglo postupno destabilizirati unutarnji par bez izravnog ometanja.

Usporedba s Gaiinim opažanjima pokazala je da su sustavi u kojima su otkriveni CV-ovi doista imali šire raspone nego tipični trostruki sustavi.

“Pedeset godina oslanjali smo se na model zajedničkog omotača plina kao objašnjenje za nastanak ovih sustava,” rekao je Kareem El-Badry, astronom s Caltecha i suautor studije. “Sada vidimo da je u velikom broju slučajeva ključan bio treći, dosad zanemaren član sustava.”

Otkriće ne samo da revidira postojeće teorije o evoluciji binarnih zvijezda, već otvara nova istraživačka pitanja o ulozi višestrukih sustava u dinamici galaksije i ciklusu zvjezdanog života.