Masywne gwiazdy w naturalny sposób fascynują astrofizyków, ponieważ eksplodują ostatecznie w postaci supernowych, przyczyniając się tym samym do ewolucji chemicznej Wszechświata oraz powstawania egzotycznych obiektów zwartych takich jak np. czarne dziury i gwiazdy neutronowe. Jednocześnie, gwiazdy masywne występują bardzo często w układach podwójnych lub wielokrotnych, przez co ich ewolucja jest nierozerwalnie związana z wzajemnymi oddziaływaniami grawitacyjnymi.

Jeśli kształt orbity takiego układu podwójnego znacznie odbiega od kołowego (mimośród orbity jest duży), gwiazdy okresowo zbliżają i oddalają się od siebie zaledwie w ciągu kilku lub kilkunastu dni. W momencie maksymalnego zbliżenia, składniki układu deformują się pływowo i wzajemnie ogrzewają, co jest widoczne w krzywej blasku jako gwałtowny ,,puls’’ jasności, stąd ten typ układów nosi anglojęzyczne miano heartbeat, ponieważ ich zmiany jasności przypominają zapis elektrokardiogramu.

Korzystając z obserwacji misji kosmicznej TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite, NASA), Kołaczek-Szymański (doktorant w Instytucie Astronomicznym), Pigulski, Michalska, Moździerski i Różański (doktorant w Instytucie Astronomicznym) odkryli 20 nowych masywnych układów typu heartbeat, położonych głównie w naszej Galaktyce. Praca pt. ,,Massive heartbeat stars from TESS I. TESS sectors 1 – 16’’ ukazała się 16 lutego 2021 r. w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics, Volume 647, Article Number A12. Tym samym autorzy podwoili ich dotychczas znaną próbkę. Najmasywniejszy z tych układów charakteryzuje się całkowitą masą przewyższającą aż 150 mas Słońca!

Układy typu heartbeat są również miejscem występowania innego osobliwego zjawiska, jakim są tzw. pulsacje wzbudzane pływowo. Powszechnie wiadomo, że gwiazdy pojedyncze mogą okresowo pulsować na skutek tego, że ich wnętrza zachowują się na wzór wnęki rezonansowej. W przypadku układów heartbeat okresowo zmienne siły pływowe mogą ,,zmusić’’ gwiazdę do pulsowania analogicznie do modelu drgań wymuszonych w oscylatorze. Ten szczególny typ pulsacji autorzy zauważyli w aż siedmiu odkrytych przez siebie układach. Pozostaje jednak wciąż kwestią otwartą, w jakim stopniu owe wymuszone pulsacje przyczyniają się do ewolucji orbity i jej ewentualnego rozpadu.

Na ilustracji: Po lewej: (a) krzywa blasku z satelity TESS układu heartbeat o numerze HD 158013 sfazowana z jego okresem orbitalnym. W centrum można zauważyć ,,puls’’ jasności spowodowany odkształceniem pływowym dwóch masywnych gwiazd. Na osi pionowej odłożone są wartości strumienia promieniowania od gwiazdy wyrażone w jednostkach części na milion (parts-per-milion, ppt) (b) ta sama krzywa blasku, co na panelu (a) ale po ,,odjęciu’’ heartbeatu. Tym razem widoczne są wyraźnie zmiany jasności na skutek oscylacji wzbudzanych pływowo. Po prawej: Artystyczna wizja masywnego układu typu heartbeat w momencie przejścia przez peryastron, kiedy składniki gwałtownie deformują się pływowo (© physicsworld.com).

Dodała: Joanna Molenda-Żakowicz
Pełnomocnik Dziekana ds. promocji i kontaktów z mediami