Jedna z największych znanych gwiazd we Wszechświecie w ciągu zaledwie kilku lat przeszła przemianę, której nie przewidywały standardowe modele ewolucji masywnych obiektów. Chodzi o WOH G64 z Wielkiego Obłoku Magellana – galaktyki satelitarnej Drogi Mlecznej. W odkryciu i analizie zjawiska kluczową rolę odegrali polscy astronomowie z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, pracujący w ramach projektu OGLE.
WOH G64 została odkryta w latach 80. XX wieku i szybko uznano ją za jednego z najbardziej rozległych czerwonych nadolbrzymów. Jej promień szacowano na ponad 1500 promieni Słońca, co oznacza rozmiary sięgające daleko poza orbitę Jowisza w Układzie Słonecznym. Tego typu gwiazdy stanowią końcowy etap życia obiektów o masach kilkanaście–kilkadziesiąt razy większych od Słońca. Ich ewolucja prowadzi zwykle do wybuchu supernowej lub bezpośredniego zapadnięcia się w czarną dziurę, jednak szczegóły tych procesów wciąż pozostają jednym z najtrudniejszych zagadnień współczesnej astrofizyki.
Od czerwonego nadolbrzyma do układu podwójnego
WOH G64 była regularnie monitorowana fotometrycznie od początku XXI wieku w ramach projektu OGLE. W latach 2001–2009 zarejestrowano jej wyraźne pulsacje o okresie 886 dni, przypominające zmienność gwiazd typu Mira, lecz o znacznie dłuższym cyklu. Około 2011 roku doszło do nagłego spadku jasności. Gdy po kilku latach powróciła ona do wcześniejszego poziomu, widmo gwiazdy ujawniło radykalną zmianę.
Temperatura powierzchni wzrosła o około 1000 kelwinów, a wcześniejsza regularna zmienność zanikła. Analizy spektroskopowe wykazały, że obiekt nie jest już klasycznym czerwonym nadolbrzymem. Dziś interpretuje się go jako gwiazdę symbiotyczną – układ podwójny złożony z żółtego hiperolbrzyma oraz gorącej, masywniejszej od Słońca gwiazdy emitującej silne promieniowanie w zakresie niebieskim.
Oznacza to, że zamiast obserwować zapowiadany przez teorię wybuch, astronomowie byli świadkami odsłonięcia zupełnie innej konfiguracji układu. Hiperolbrzym, choć wciąż bardzo rozległy, ma obecnie mniejsze rozmiary niż w fazie czerwonego nadolbrzyma i wyższą temperaturę powierzchni.
Dwa scenariusze ewolucji
Badacze rozważają dwa główne wyjaśnienia tej przemiany. Pierwsze zakłada istnienie tzw. fazy wspólnej otoczki w układzie podwójnym. W miarę rozszerzania się zewnętrznych warstw masywniejszej gwiazdy jej towarzysz mógł zostać zanurzony w tej otoczce. Oddziaływania grawitacyjne doprowadziły do odrzucenia znacznej części materii, odsłaniając bardziej zwartą i gorętszą strukturę wewnętrzną.
Druga hipoteza mówi o gwałtownym wyrzucie materii przez hiperolbrzyma. Rozległa chmura gazu i pyłu mogła przez lata maskować rzeczywistą naturę układu, sprawiając wrażenie obserwacji pojedynczego czerwonego nadolbrzyma. Gdy materia uległa rozproszeniu, układ stał się widoczny w nowej postaci.
Oba scenariusze wskazują, że końcowe etapy życia masywnych gwiazd mogą przebiegać znacznie bardziej dynamicznie, niż wynikałoby to z uproszczonych modeli teoretycznych. To ważna informacja dla astrofizyki teoretycznej, opartej w dużej mierze na równaniach opisujących transport energii, równowagę hydrostatyczną i reakcje jądrowe zachodzące w ekstremalnych warunkach.
Znaczenie długoterminowych przeglądów nieba
Przypadek WOH G64 pokazuje, jak istotne są wieloletnie, systematyczne obserwacje milionów gwiazd. Projekt OGLE, kierowany przez prof. Andrzeja Udalskiego, od dekad monitoruje zmiany jasności obiektów w Drodze Mlecznej i galaktykach sąsiednich. Dzięki precyzyjnej fotometrii możliwe było uchwycenie momentu przełomowego i powiązanie go ze zmianami widma.
Badania opublikowane na łamach „Nature Astronomy” stanowią przykład wkładu polskich astronomów w światową naukę. Wielki Obłok Magellana, choć odległy o około 160 tysięcy lat świetlnych, stał się laboratorium do testowania modeli ewolucji gwiazd, opartych na rachunku matematycznym i symulacjach numerycznych.
Dalsze losy układu pozostają otwarte. Masywny składnik może zakończyć życie jako supernowa, ale rozważany jest także scenariusz bezpośredniego powstania czarnej dziury. Niezależnie od finału, obserwacje WOH G64 zmieniają sposób, w jaki interpretujemy ostatnie etapy życia największych gwiazd.
