Jeden z najdziwniejszych obiektów we Wszechświecie powstaje, gdy gwiazda neutronowa zostanie wessana przez czerwonego nadolbrzyma. Ale pomimo 45 lat poszukiwań, astronomowie wciąż nie są pewni, czy obiekty Thorne’a-Żytkow faktycznie istnieją.
Prawie pół wieku temu fizyk Kip Thorne (laureat Nagrody Nobla i konsultant naukowcy „Interstellar”) i astronom Anna Żytkow zasugerowali, że w kosmosie mogą występować dziwne gwiazdy. Te teoretyczne twory zostały nazwane obiektami Thorne’a-Żytkow (TZO). Ich istnienie potwierdziły symulacje komputerowe.
Okazało się, że gwiazda neutronowa – maleńka, ultragęsta pozostałość po supernowej – może zostać pożarta przez czerwonego nadolbrzyma. Według symulacji, jeżeli „bliźniaki” zbliżą się do siebie za bardzo, może dojść do połączenia. Gwiazda neutronowa wielkości miasta będzie nadal żyła wewnątrz swojego znacznie większego żywiciela, jak kosmiczny pasożyt.
Ale mimo iż naukowcy dopuszczają istnienie obiektów Thorne’a-Żytkow, niezwykle trudno je znaleźć.
Jak gwiazda połyka inną gwiazdę
W pracy opublikowanej w 1975 r. w „The Astrophysical Journal” Thorne i Żytkow zaproponowali, że tajemnicze gwiazdy będą wyglądać niemal identycznie jak czerwone nadolbrzymy, takie jak Betelgeza w gwiazdozbiorze Oriona.
Nadolbrzymy są stosunkowo powszechne i należą do najmłodszych i największych gwiazd we Wszechświecie. TZO wyglądałby podobnie do nadolbrzyma, tyle, że były ok. 10 razy starszy.
Zwykle czerwone nadolbrzymy, podobnie jak inne gwiazdy aktywne, są zasilane przez reakcje termojądrowe zachodzące w jej wnętrzu. Kiedy paliwo się kończy, ogromna grawitacja powoduje, że obiekt imploduje przed stadium supernowej. TZO mogą żyć znacznie dłużej, ponieważ zasila je rdzeń gwiazdy neutronowej, która została pochłonięta.
Astronomowie mają dwie różne teorie dotyczące powstawania TZO. Zależą one od początkowych obiektów, które rozpoczynają życie jako dwie gwiazdy w układzie podwójnym. W dominującej teorii, większa z gwiazd eksploduje jako supernowa, pozostawiając po sobie gwiazdę neutronową. Z czasem jednak, pozostałość supernowej rozrasta się, powodując pochłonięcie pozostałej gwiazdy neutronowej.
Inna teoria mówi, że gdy jedna z gwiazd eksploduje jako asymetryczna supernowa, jej rdzeń dostaje ogromnego przyspieszenia. To może „wystrzelić” gwiazdę neutronową dosłownie do wnętrza pozostałego czerwonego olbrzyma.
TZO na wyciągnięcie ręki
Niezależnie od tego, jak obiekty Thorne’a-Żytkow powstają, astronomowie w 2014 r. ogłosili, że prawdopodobnie odkryli jeden z nich. Gwiazda ukrywa się ok. 200 000 lat świetlnych od Ziemi, w Małym Obłoku Magellana, galaktyce karłowatej krążącej wokół Drogi Mlecznej.
Prawdopodobny TZO został odkryty przez astronom Emily Levesque z Uniwersytetu Waszyngtońskiego. Jej zespół wykorzystał Apache Point Observatory w Nowym Meksyku do zbadania dwóch tuzinów czerwonych nadolbrzymów w Drodze Mlecznej, a także Gigantyczny Teleskop Magellana w Chile do zbadania innej grupy nadolbrzymów w Małym Obłoku Magellana.
Po analizie danych, jedna gwiazda wyróżniała się szczególnie na tle innych. Została nazwana HV 2112 i była skatalogowana już w 1908 r. przez astronom Henriettę Swan Leavitt jako gwiazda zmienna. Uczeni podejrzewali wtedy, że jest to czerwony nadolbrzym, który lada moment wybuchnie jako supernowa.
Ponad sto lat po odkryciu HV 2112, naukowcy odkryli nietypowe chemiczne sygnatury, które ich zdaniem mogą być cechą charakterystyczną TZO. Astronomowie zauważyli nadmiar litu, wapnia i innych pierwiastków, które mogły powstać jedynie poprzez unikalne reakcje jądrowe, które miałyby zachodzić we wnętrzu TZO. Nikt jednak nie był pewien obserwacji – HV 2112 wydawała się mieć również inne dziwne „odciski palców”, których nikt się nie spodziewał. Wywnioskowano, że albo modele teoretyczne są niekompletne, albo HV 2112 nie jest TZO.
Czy kiedyś odkryjemy TZO?
Nagłówki czasopism naukowych krzyczały o przełomowym odkryciu, a naukowcy drapali się po głowach. Czy to faktycznie TZO? W 2018 r. kolejna grupa poddała wcześniejsze ustalenia w wątpliwość. Astronomowie przeprowadzili własną analizę HV 2112 i porównali ją z podobnymi gwiazdami. Nie znaleźli tych samych nadmiarowych ilości wapnia, które wykryto cztery lata wcześniej. Ustalono co prawda większe poziomy lity, ale pozostałe wyniki wskazywały, że jest to standardowy czerwony nadolbrzym.
Chociaż naukowcy musieli porzucić marzenia o HV 2112 jako pierwszym TZO, znaleźli kolejnego kandydata. Obiekt skatalogowany jako HV 11417 ma pewne cechy, których od TZO powinno się oczekiwać. Innym kandydatem na obiekt Thorne’a-Żytkow jest gwiazda U Aquarii, a pozostałościami po nich mogą być także np. 1E2259+586, 4U0142+62 czy RX J1838.4–0301. Wszechświat jest pełny obiektów czekających na odkrycie.
Obiekty Thorne’a-Żytkow są fascynujące. To brakujący element w układance Wszechświata. Mamy nadzieję, że kiedyś uda nam się potwierdzić ich istnienie. Do tego czasu, wszyscy będą się zastanawiać czy nasze założenia są prawidłowe.
Kip Thorne o TZO
