W astronomii większość rzeczy da się wyjaśnić chłodną fizyką i precyzyjnymi pomiarami. Gwiazdy mają swoje etapy życia, skład chemiczny, tempo rotacji i dają się elegancko opisać modelami ewolucji. Jednak czasem trafia się obiekt, który patrzy na te modele i mówi: „potrzymaj mi teleskop”. Tak właśnie jest z towarzyszem układu Gaia BH2 – czerwonym olbrzymem, który nie ma sensu, dopóki nie uwzględnimy kosmicznej przemocy.
To gwiazda, której chemia mówi jedno, jej wnętrze mówi drugie, a rotacja – trzecie. I dopiero gdy połączymy wszystkie te dane, pojawia się historia, w której widać ślady kolizji, pożarcia lub innego dramatycznego epizodu sprzed miliardów lat.
Stara jak Wszechświat… a jednak młoda
Skład chemiczny czerwonego olbrzyma Gaia BH2 wskazuje na wysoki poziom tzw. pierwiastków alfa – sygnaturę gwiazd, które powstały, gdy Wszechświat dopiero się organizował. Analiza chemii sugeruje więc wiek około 10 miliardów lat.
Problem w tym, że wnętrze gwiazdy zdradza coś zupełnie innego.
Asterosejsmologia, czyli analiza drgań gwiazd wykonywana przez satelitę TESS (NASA), pokazuje, że gwiazda ma zaledwie około 5 miliardów lat. To świeżak na tle kosmicznej starości, a jej sygnatura chemiczna kompletnie do tego nie pasuje.
„Młode gwiazdy bogate w pierwiastki alfa to rzadkość i zagadka. Takie połączenie oznacza, że musiało wydarzyć się coś, co zaburzyło normalną ewolucję” – podkreśla Daniel Hey, autor badania opublikowanego w The Astrophysical Journal.
Gwiezdne trzęsienia i szybki obrót ujawniają tajemnicę
Asterosejsmologia działa tak, jak sejsmologia na Ziemi – drgania przemieszczają się przez wnętrze gwiazdy, a ich analiza ujawnia szczegóły struktury jądra. To właśnie te wibracje zdradziły rzeczywisty wiek obiektu.
Kolejna zagadka to tempo obrotu. Gaia BH2 obraca się w 398 dni. Dla czerwonego olbrzyma w tym wieku to zdecydowanie za szybko. Gwiazdy z wiekiem zwalniają, bo tracą moment pędu. Ta jednak jakby dostała dodatkowy „kop” energetyczny.
Co ją rozpędziło?
Kosmiczna przemoc: kolizja albo pożarcie materii
Najbardziej prawdopodobny scenariusz mówi jasno: ta gwiazda coś przeżyła. Albo połączyła się z inną gwiazdą, albo wchłonęła dużą ilość materii po tym, jak czarna dziura w jej układzie powstała z wcześniejszego masywnego obiektu.
W obu przypadkach doszło do:
- wstrzyknięcia świeżej masy (co zaburzyło pierwotną chemię),
- dodania momentu pędu (co tłumaczy szybki obrót),
- zakłócenia standardowej ewolucji (co zamaskowało jej prawdziwy wiek).
Krótko mówiąc: to gwiazda po gwałtownych przejściach.
Gaia BH2 – uśpiona czarna dziura, która zdradza się tylko ruchem gwiazdy
Czarna dziura w tym układzie jest tzw. uśpioną czarną dziurą – nie pożera aktywnie materii, nie emituje promieniowania rentgenowskiego i nie świeci w żaden spektakularny sposób. Jest niewidzialna.
Jedynym dowodem jej istnienia jest delikatne kołysanie towarzyszącej gwiazdy, wykryte dzięki precyzyjnym pomiarom misji Gaia. Gwiazda krąży wokół „czegoś”, czego nie widać – a analiza dynamiki pokazuje, że tym czymś może być tylko czarna dziura o masie gwiazdowej.
To nie jedyny problemowy układ. Zespół naukowców zbadał również Gaia BH3 – jeszcze dziwniejszy przypadek. Modele przewidywały, że jego gwiazda powinna wyraźnie drgać. Nie drga wcale. To oznacza jedno: nasze modele ewolucji gwiazd ubogich w metale prawdopodobnie trzeba napisać od nowa.
Co dalej?
Dłuższe obserwacje TESS, Gaia i naziemnych teleskopów mają potwierdzić hipotezę o kosmicznym połączeniu i sprawdzić, czy inne uśpione czarne dziury również skrywają ślady dawnych katastrof. Możliwe, że takich układów w Drodze Mlecznej są tysiące – tyle że dotąd nikt nie potrafił odczytać ich sygnałów.
A Gaia BH2 może być pierwszym krokiem do nowego rozdziału w astronomii gwiazd podwójnych.