Na niebie pojawi się nowa gwiazda. Czekano na to od 80 lat

Nieczęsto zdarza się, aby astronomowie z wyprzedzeniem wiedzieli, że na niebie pojawi się nowa gwiazda. Właśnie na takie wydarzenie czeka dziś cały świat nauki. Układ T Coronae Borealis, oddalony o około 3000 lat świetlnych od Ziemi, może w najbliższym czasie rozbłysnąć tak mocno, że stanie się widoczny gołym okiem nawet z miast. To zjawisko trwa zaledwie kilka dni, ale przygotowuje się do niego natura od blisko ośmiu dekad. Dla astronomów będzie to nie tylko spektakl na niebie, lecz także wyjątkowa okazja do obserwacji jednego z najrzadszych procesów zachodzących w naszej galaktyce.

Historia zapisana w stuleciach

W północnej części nieba, wśród gwiazd tworzących niewielki łuk gwiazdozbioru Korony Północnej, znajduje się obiekt, który przez większość czasu pozostaje całkowicie niezauważalny. Oddalona o około 3000 lat świetlnych T Coronae Borealis jest na co dzień zbyt słaba, aby można było dostrzec ją bez teleskopu.

Mniej więcej raz na ludzkie życie ten niepozorny punkt światła nagle zmienia się w jeden z najjaśniejszych obiektów swojego fragmentu nieba. W ciągu zaledwie kilku godzin rozjaśnia się tysiące razy.

Najlepiej udokumentowane wybuchy miały miejsce w 1866 i 1946 roku. W obu przypadkach obiekt rozjaśnił się na tyle, by stać się widocznym bez żadnych instrumentów optycznych. Astronomowie sklasyfikowali go jako tzw. nową powrotną, czyli niezwykle rzadki typ układu zdolnego do wielokrotnych erupcji.

T Coronae Borealis (często skracana do T CrB) jest jednym z kilku takich obiektów na Drodze Mlecznej. Ich wyjątkowość polega na tym, że potrafią wielokrotnie przechodzić przez fazę gwałtownych erupcji, po czym wracają do stanu pozornego spokoju, by przez kolejne dekady przygotowywać się do następnego wybuchu.

Historia tego układu może sięgać znacznie dalej, niż pozwalają współczesne obserwacje. Niektórzy badacze wskazują na średniowieczne zapisy z 1217 roku opisujące pojawienie się niezwykle jasnego obiektu w rejonie Korony Północnej. Nie ma pewności, że kronikarze rzeczywiście widzieli T Coronae Borealis, jednak sama możliwość jest fascynująca. Jeśli interpretacja jest poprawna, oznaczałoby to, że ludzie obserwują kolejne odsłony tego samego zjawiska od ponad ośmiuset lat, jeszcze zanim powstały pierwsze teleskopy.

Gdy T Coronae Borealis wybuchła w 1866 roku, astronomia dopiero zaczynała wykorzystywać spektroskopię do badania składu gwiazd. Kiedy rozbłysła ponownie w 1946 roku, ludzkość nie wysłała jeszcze w kosmos ani jednego satelity. Astronomowie mogli jedynie obserwować światło docierające do powierzchni Ziemi i próbować odczytać z niego historię zachodzących procesów.

Dziś sytuacja wygląda zupełnie inaczej. Nad naszymi głowami krążą teleskopy badające Wszechświat w promieniowaniu rentgenowskim, ultrafioletowym i gamma. Automatyczne obserwatoria rozmieszczone na całym świecie monitorują niebo każdej nocy, a zaawansowane algorytmy są w stanie wykryć nawet niewielkie zmiany jasności niemal natychmiast po ich wystąpieniu.

To pierwszy raz w historii, gdy spodziewana erupcja nowej powrotnej może zostać prześledzona niemal od początku do końca przez globalny system obserwacyjny.

Nowa gwiazda i kosmiczny kanibalizm

T Coronae Borealis jest układem podwójnym, w którym od dziesięcioleci rozgrywa się proces przypominający powolny, kosmiczny akt kanibalizmu. Jednym z jego bohaterów jest czerwony olbrzym, starzejąca się gwiazda, która weszła już w schyłkową fazę swojego życia. Drugim jest biały karzeł, niezwykle gęste jądro gwiazdy, która zakończyła swoją ewolucję miliony lat temu. Choć rozmiarami przypomina Ziemię, jego masa jest zbliżona do masy całego Słońca. Łyżeczka materii pochodzącej z takiego obiektu ważyłaby na naszej planecie tony.

Obie gwiazdy krążą wokół siebie tak blisko, że grawitacja białego karła nieustannie wyrywa materię swojemu większemu sąsiadowi. Strumienie wodoru powoli spływają przez przestrzeń międzygwiazdową i osiadają na powierzchni martwej gwiazdy. Nie jest to gwałtowny proces. Trwa latami, a nawet dziesięcioleciami. Każda sekunda dokłada kolejną cienką warstwę paliwa do niewidocznego z zewnątrz magazynu energii, aż do momentu przekroczenia pewnej granicy.

Wówczas zgromadzony wodór zapala się niemal jednocześnie na ogromnym obszarze powierzchni białego karła. Dochodzi do gwałtownej reakcji termojądrowej uwalniającej niewyobrażalne ilości energii. W ciągu kilku godzin obiekt, który wcześniej był całkowicie niewidoczny dla ludzkiego oka, rozjaśnia się tysiące razy i staje się nowym punktem światła na nocnym niebie.

W przeciwieństwie do supernowych biały karzeł przetrwa wybuch. Po krótkim okresie spektakularnego blasku układ ponownie pogrąży się w pozornym spokoju. Rozpocznie się kolejny cykl gromadzenia materii, który może potrwać następne osiemdziesiąt lat.

Dlaczego naukowcy spodziewają się wybuchu właśnie teraz?

W mediach regularnie pojawiają się konkretne daty przyszłej erupcji, jednak należy pamiętać, że nie istnieje żaden model pozwalający wskazać dokładny dzień wybuchu.

Od około 2015 roku T Coronae Borealis pozostawała w nietypowo jasnym stanie. Następnie w 2023 roku astronomowie zaobserwowali charakterystyczny spadek jasności, który przypominał zachowanie układu bezpośrednio przed erupcją z 1946 roku. Ten tzw. pre-eruption dip stał się jednym z najważniejszych argumentów sugerujących, że układ zbliża się do kolejnego wybuchu.

Nie oznacza to jednak, że erupcja musi nastąpić w konkretnym dniu czy miesiącu. Oznacza jedynie, że wiele niezależnych obserwacji zaczyna układać się w obraz zgodny z tym, co astronomowie widzieli osiem dekad temu.

Voyager 1 wkrótce zamilknie. To, co niesie, może przetrwać miliard lat

Co zobaczymy na niebie?

Przez większość czasu T Coronae Borealis pozostaje całkowicie ukryta przed ludzkim wzrokiem. Jej jasność wynosi około 10 magnitudo, co oznacza, że do jej obserwacji potrzebny jest co najmniej niewielki teleskop. W momencie erupcji sytuacja zmieni się diametralnie – w ciągu zaledwie kilku godzin jasność układu wzrośnie, osiągając około 2-3 magnitudo. Tam, gdzie wcześniej nie było niczego widocznego gołym okiem, nagle pojawi się nowy punkt światła.

Animacja przedstawiająca wybuch nowej V407 Cyg. Promieniowanie gamma zaznaczone kolorem magenta powstaje w wyniku zderzeń wysokoenergetycznych cząstek, przyspieszanych przez falę uderzeniową eksplozji, z materią niesioną przez wiatr gwiazdowy czerwonego olbrzyma.
Źródło: NASA / Conceptual Image Lab / Goddard Space Flight Center

Dla obserwatorów będzie to wyglądało tak, jakby ktoś dopisał dodatkową gwiazdę do dobrze znanego gwiazdozbioru Korony Północnej. Obiekt stanie się porównywalny jasnością z najjaśniejszymi gwiazdami tego fragmentu nieba i powinien być widoczny nawet z terenów silnie zurbanizowanych, gdzie blask miejskich świateł skutecznie ukrywa większość słabszych gwiazd.

Największy spektakl potrwa jednak krótko. Maksymalna jasność utrzyma się prawdopodobnie przez kilkanaście godzin, po czym rozpocznie się powolny spadek. Przez kilka kolejnych dni T Coronae Borealis nadal będzie widoczna bez żadnych instrumentów, stopniowo znikając z pola widzenia i wracając do stanu, w którym pozostanie przez następne dziesięciolecia.

Co naukowcy chcą odkryć?

Obserwatoria rentgenowskie będą śledzić zmiany temperatury materii opadającej na białego karła. Instrumenty ultrafioletowe pozwolą badać gorące warstwy gazu wyrzucone podczas wybuchu. Spektrografy rozłożą światło na tysiące długości fal, ujawniając skład chemiczny wyrzuconego materiału oraz jego prędkość.

Naukowcy chcą również lepiej zrozumieć rolę pyłu otaczającego układ, tempo akrecji oraz rzeczywistą masę białego karła.

Granica Chandrasekhara to teoretyczny limit masy białego karła wynoszący około 1,4 masy Słońca. Dopóki biały karzeł ma masę mniejszą od tej wartości, ciśnienie kwantowe elektronów jest w stanie przeciwstawiać się grawitacji. Gdy masa zbliża się do granicy, sytuacja staje się coraz bardziej niestabilna.

Problem polega na tym, że T Coronae Borealis nieustannie „dokarmia” swojego białego karła materią pochodzącą od czerwonego olbrzyma. Astronomowie próbują więc odpowiedzieć na pytanie: czy biały karzeł rzeczywiście przybiera na masie z każdym cyklem, czy też podczas kolejnych wybuchów traci tyle materii, że jego masa pozostaje w przybliżeniu stała?

Każda nowa obserwacja może więc dostarczyć danych nie tylko o samej nowej powrotnej, lecz również o procesach prowadzących do jednych z najpotężniejszych eksplozji we Wszechświecie.

Źródło: NASA, Global Astronomers Await Rare Nova Explosion – NASA