Zaćmienie, którego nie było

W pierwszych dniach czerwca przeczytałem telegram z informacją, że gwiazda rozbłysła. Wiadomość jedna z wielu, bowiem z telegramów korzysta mnóstwo ekip monitorujących supernowe. Ten obiekt był jednak inny. Pod skróconą nazwą kodową J1621 kryje się układ dwóch gwiazd, które orbitują się wzajemnie, pokonując pełen obrót orbitalny co 0.2 dnia. Tak jest, dwie gwiazdy orbitują wokół siebie z okresem krótszym niż 5 godzin. Dotychczasowe obserwacje dostarczały bardzo skąpych informacji. Wydawało się, że układ jest ułożony pod takim kątem, że dla obserwatora na Ziemi gwiazdy raz po raz się niemal zasłaniają:

Co więcej, wydawało się, że obydwa składniki to zwyczajne gwiazdy położone ekstremalnie blisko siebie – układ był kandydatem na tzw. układ kontaktowy, czyli że składniki są w fizycznym kontakcie, ale wirują tak szybko że się nie zlewają:

Czerwcowy telegram mówił o pojaśnieniu, które znaczyłoby tylko jedno: gwiazdy rozpoczęły łączyć się w jeden obiekt i mamy mniej niż dobę na podjęcie obserwacji.

Zlanie się dwóch gwiazd w układzie kontaktowym i narodziny nowej gwiazdy to nie lada gratka dla obserwatora takiego jak ja. Całe moje naukowe życie zajmuję się gwiazdami kontaktowymi, a zlanie się (w żargonie: „merger”) było zaobserwowane do tej pory tylko raz [więcej info dla dociekliwych – ArXiv]. Takie wydarzenie doprowadziło do powstania tzw. „czerwonej nowej”, wydarzenia bardzo rzadkiego w całej historii obserwacji. Czerwone nowe były już obserwowane parę razy, ale tylko raz widzieliśmy jak obydwie gwiazdy zlewają się w jedną. We wszystkich innych przypadkach obserwacje były po czasie i można było zaobserwować tylko finalny etap czerwonej nowej. Nie mamy nawet dowodu, żeby w innych przypadkach czerwone nowe były spowodowane przez merger układu kontaktowego. Klasyczne „we need more data”.

Obserwacje zacząłem w Obserwatorium w Krakowie, parę godzin po otrzymaniu telegramu. Aż do 1:00 nad ranem układ nie przedstawiał ciekawych zmienności blasku aż nagle! jasność spadła o dobre 60%. Pierwsza myśl: cholera, teleskop najechał na kopułę. Pobiegłem do teleskopu mantrując „tylkoniekopuła, tylkoniekopuła, tylkoniekopuła”. Całe szczęście, teleskop patrzył idealnie w środek szczeliny, tj. nie było żadnego błędu obserwacyjnego. To co w takim razie się stało? Przecież nikt się nie spodziewa, żeby tuż przed mergerem nastąpił taki dramatyczny spadek jasności. Kwadrans później nastąpiło coś równie nieoczekiwanego – blasku układu niemal od razu powrócił do pierwotnego poziomu. Mili państwo, to było zaćmienie.

Nie ma opcji, żeby w układzie kontaktowym nastąpiło takie wydarzenie. Zaćmienie w kształcie ostrej litery V oznacza że gorący składnik układu został obserwatorowi przesłonięty przez coś zdecydowanie bardziej chłodnego. Taki wykres zmienności blasku jest typowy dla układów rozdzielonych, a pojaśnienie tego rodzaju spotyka się w znanych układach typu „U Geminorum”. Po dłuższych konsultacjach z innymi obserwatorami, po przeanalizowaniu danych spektroskopowych oraz po kolejnych nockach było już pewne, że naszym obiektem jest dziwna odmiana układów znanych jako „nowa karłowata” (popularna nazwa dla m.in. typu U Geminorum). W takich systemach też mamy dwie gwiazdy, ale jedna z nich jest zwyczajowo mniejsza od Słońca (nazwijmy ją „typu K”), a drugą gwiazdą jest biały karzeł. Fizyka tego układu powoduje, że gwiazda typu K jest obierana z wierzchnich warstw, tak jak obiera się jabłko ze skórki. Ta obrana materia jest zrzucana w stronę białego karła, a ponieważ cały układ się kręci, to wokół białego karła tworzy się dysk materii powoli na niego opadającej:

Taki dysk akrecyjny jest zasilany przez materię z gwiazdy K i kiedy uzbiera się odpowiednio dużo masy, dysk wpada w stan niestabilny, szybko się nagrzewa i rozbłyskuje blaskiem wielu Słońc. Po rozbłysku dysk się uspokaja, obiecuje że to był ostatni raz, znów grzecznie przyjmuje materię z gwiazdy K i cały cykl rozpoczyna się od nowa. Poznaliście właśnie czym są układy kataklizmiczne.

J1621 to dziwny układ kataklizmiczny. Będąc w rozbłysku, blask całego układu obserwowany przez teleskop jest bardzo typowy. Gwiazda typu K, orbitując, cyklicznie przesłania obserwatorowi gorący dysk akrecyjny, co widzimy jako ostre, V-kształtne, głębokie minimum blasku. Jednak jak rozbłysku nie ma, to blask całego układu zmienia się periodycznie, sinusoidalnie, zupełnie tak jakby był to układ typu kontaktowego. Mało tego! Poza rozbłyskiem tam, gdzie było V-kształtne minimum, blask maleje teraz mniej, niż w pół okresu orbitalnego później. Tu mój wykresik:

Wychodzi na to, że poza rozbłyskami dysk akrecyjny jest znacznie chłodniejszy od gwiazdy K. Podejrzewamy, że kształt i rozmiary dysku akrecyjnego są tutaj bardzo nietypowe. Sam biały karzeł siedzący w centrum dysku jest raczej nudny i typowy. Ot, bogu ducha winna gwiazda przypadkiem znajdująca się w samym środku kosmicznego bajzlu.

Moje badania stoją teraz przed ciekawym problemem. Skoro ten układ kataklizmiczny tak dobrze udaje bycie układem kontaktowym, to ile z „moich” tysięcy kandydatów na układy kontaktowe to wstrętni oszuści? Chodzi mi po głowie metoda na weryfikację, ale to sobie pozostawię może na kiedy indziej ;).