Binarni zvezdani sistemi nisu retki. Nisu retki ni sistemi gde je jedna zvezda ostatak poput belog patuljka ili neutronske zvezde, a njen pratilac je na glavnoj sekvenci. U tim sistemima, gusti ostatak može da privlači materijal od zvezde glavne sekvence. To može dovesti do nasilnih supernova tipa 1a u slučaju belog patuljka, i emisije izuzetno moćnih rendgenskih zraka u slučaju neutronske zvezde.

Ilustracija prikazuje binarni zvezdani sistem V Sagittae. Nalazi se na oko 10.000 svetlosnih godina od Zemlje i sadrži zvezdu Wolf-Rayet koja privlači materijal od svog pratioca. Ilustracija: Univerzitet u Sautemptonu

U novom istraživanju, astronomi su posmatrali kataklizmičku varijabilnu binarnu zvezdu V Sagittae (V Sge). Izuzetno je sjajna za svoj tip, što ukazuje da zvezda akretor privlači ogromnu količinu materijala od donora, koji se sakuplja na površini akretora pre nego što se zapali i snažno zasija. Istraživanje je objavljeno u radu pod nazivom "V Sge: Supersoft Source or Exotic Hot Binary? I. An X-Shooter campaign in the high state." Glavni autor je Pasi Hakala iz Finskog centra za astronomiju sa ESO-om.

V Sge ima zvezdu glavne sekvence sa oko 3,3 solarne mase, koja je zvezda donor u paru. Druga zvezda je akretor, i dok su astronomi dugo mislili da je to beli patuljak, novija posmatranja sugerišu da je to zvezda Wolf-Rayet, koja je blisko povezana sa belim patuljcima. V Sge je neobična i decenijama je zbunjivala astronome.

"V Sagittae nije običan zvezdani sistem – to je najsjajniji sistem svoje vrste i zbunjuje stručnjake od kada je prvi put otkriven 1902. godine," rekao je profesor Phil Charles sa Univerziteta u Sautemptonu, koji je bio uključen u studiju. "Naša studija pokazuje da je ova ekstremna sjajnost posledica toga što beli patuljak isisava život iz svoje zvezde pratioca, koristeći akretirani materijal da ga pretvori u blistavu vatru. To je proces toliko intenzivan da se na površini belog patuljka odvija termonuklearna reakcija, sijajući poput svetionika na noćnom nebu.”

"Brzina kojom se ovaj osuđeni zvezdani sistem divlje kreće, verovatno zbog ekstremne sjajnosti, je frenetičan znak njegovog neizbežnog, nasilnog kraja.” - Pasi Hakala, Finski centar za astronomiju sa ESO-om

Njegove optičke emisije su veoma varijabilne i izuzetno složene. Astrofizičari su se borili da protumače njegove karakteristike, i dugo su posmatrali ovu zvezdu. Međutim, nova posmatranja u ovom radu otkrila su cirkumbinarni prsten koji pomaže da se objasni šta se dešava.

Cirkumbinarni prsten nije vizuelno zabeležen. Istraživači su prikupili spektre V Sge pomoću X-Shooter-a, moćnog spektrografa na ESO-ovom Veoma Velikom Teleskopu u Čileu. Emisione linije koje su posmatrali, uključujući brzine koje su otkrili, ne mogu se objasniti samim zvezdama. "Što je još važnije, (a) ova karakteristika ne varira sa orbitalnom fazom, i (b) je centrirana na sistemskoj brzini, što znači da ove emisione karakteristike ne prate kretanje nijedne zvezdane komponente," pišu autori. "Verujemo da je jedino verovatno objašnjenje za ovo ponašanje to što potiču iz cirkumbinarnog prstena ili diska materije koja je pobegla iz binarnog sistema."

Da bi testirali svoju ideju, istraživači su uzeli spektre i modelovali ih. "Naše simulacije pokazuju da, kako materija beži iz Rocheovog režnja belog patuljka, formira prsten ili prstenove oko binarnog sistema, sa radijusom od otprilike 2–4 binarne separacije," pišu autori. Rocheov režanj je region oko zvezde ili binarnog para gde su gas i prašina gravitaciono vezani za zvezde.

Da bi se gas formirao u prsten, zvezda akretor mora da privlači izuzetno veliku količinu materijala od zvezde donora. Većina toga teče ka akrecionom disku akretora, ali ne sve. "Ovaj neočekivani prsten, formiran od ostataka neuredne gozbe, daje nam trag koji bi mogao da promeni ono što znamo o tome kako zvezde žive i umiru," rekao je glavni autor Hakala u saopštenju za štampu.

"Beli patuljak ne može da potroši svu masu koja se prenosi sa njegovog vrućeg zvezdanog blizanca, pa stvara ovaj sjajni kosmički prsten," objasnio je Hakala.

Postojalo je nekoliko konkurentnih objašnjenja za neobične karakteristike V Sge. Neki istraživači su mislili da je to par veoma vrućih zvezda, i da sjajnost nije prsten, već rezultat sudara vrućih vetrova iz obe zvezde. Ali to ne može da objasni kratkoročnu ili dugoročnu varijabilnost sistema, prema autorima. Autori misle da cirkumbinarni disk najbolje objašnjava V Sge, i da je varijabilnost posledica "haotičnog ponašanja unutrašnjeg akrecionog diska pod intenzivnim zračenjem," pišu.

Oni misle da unutrašnji akrecioni disk oko akrecione zvezde ima dva režima nagiba koja se haotično prebacuju. "Isti nagib tada može da traje duži interval (od dana do godina) pre nego što se dogodi sledeći događaj 'prebacivanja'," objašnjavaju autori.

"Brzina kojom se ovaj osuđeni zvezdani sistem divlje kreće, verovatno zbog ekstremne sjajnosti, je frenetičan znak njegovog neizbežnog, nasilnog kraja,” objasnio je Hakala.

Mnogi od ovih tipova binarnih sistema mogu biti stabilni milijardama godina, sve dok je prenos mase između njih nizak i stabilan. U tom slučaju, zvezda akretor više puta sakuplja sloj gasa sa površine zvezde donora. Na kraju, kada se masa nakupi, eksplodira kao nova, i ciklus može ponovo da počne.

Ovaj gif prikazuje crvenog džina i belog patuljka koji kruže jedan oko drugog. Beli patuljak je skriven u sjajnom sjaju narandžaste i žute boje, što predstavlja akrecioni disk oko crvenog džina. Tok materijala teče od džinovske zvezde do belog patuljka. Materijal se sakuplja na površini belog patuljka, i na kraju eksplodira, ispunjavajući ekran belom svetlošću.

Koautor studije dr Rodríguez-Gil sa španskog Instituta za astrofiziku Kanarskih ostrva objasnio je: “Materija koja se akumulira na belom patuljku verovatno će proizvesti izbijanje nove u narednim godinama, tokom kojeg će V Sagittae postati vidljiva golim okom." Ali nova je samo početak kraja.

U nekim od ovih binarnih aranžmana, zvezde se na kraju sudare jedna sa drugom. To se može dogoditi ako se zvezda donor razvije u džina, čineći sistem nestabilnim i dovodeći do sudara. Sudar se takođe može dogoditi ako zvezda donor postane beli patuljak. U tom slučaju, par zvezda bi mogao da uđe u zajedničku omotač i spiralno se sruši jedna u drugu, na kraju eksplodirajući.

“Ali kada se dve zvezde konačno sudare i eksplodiraju, to bi bila eksplozija supernove toliko sjajna da će biti vidljiva sa Zemlje čak i tokom dana," zaključio je Rodriguez-Gil.

Izvori:

V Sge: Supersoft Source or Exotic Hot Binary? I. An X-Shooter campaign in the high state (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society): https://academic.oup.com/mnras/article/544/1/123/7689012

This Star Is Consuming Its Companion And Could Explode Brilliantly (Universe Today): https://www.universetoday.com/171253/this-star-is-consuming-its-companion-and-could-explode-brilliantly/