Badania burzliwego życia masywnych gwiazd
Nasza wiedza na temat rozwoju masywnych gwiazd, począwszy od ich powstania aż po spektakularne eksplozje supernowych, pozostaje niepełna. Na procesy te wpływa szereg kluczowych czynników, co sprawia, że dokładne przewidywanie cykli życia gwiazd stanowi duże wyzwanie. Wśród parametrów, które wpływają na rozwój masywnej gwiazdy, można wymienić masę początkową, prędkość rotacji, skład chemiczny i wewnętrzne procesy mieszania. Utrata masy w wyniku oddziaływania wiatrów gwiezdnych i wyrzutów masy jest jednym z najbardziej decydujących czynników. Czynniki te nie są statyczne - zmieniają się istotnie w miarę przechodzenia gwiazdy przez kolejne etapy cyklu życia. Zrozumienie tych zmian jest niezbędne do dokładnego przewidywania ostatecznego losu supergwiazdy i ustalenia, czy zapadnie się w czarną dziurę, czy też utworzy gwiazdę neutronową.
Złożone stany i oddziaływania masywnych gwiazd
Dzięki wsparciu ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie” zespół projektu POEMS badał wiatry i utratę masy masywnych gwiazd, szczególnie podczas ekstremalnych stanów ewolucyjnych. Stany te często występują w przypadku jasnych supergigantów i hipergigantamów - masywnych gwiazd przechodzących krótkie etapy przejściowe. Podczas tych zdarzeń gwiazdy charakteryzują się gwałtownymi wyrzutami masy w krótkich okresach. Jednak dokładne mechanizmy wywołujące te erupcje pozostawały nieznane. „Naszym głównym celem było lepsze zrozumienie tych nagłych wyrzutów masy i określenie ilości wyrzucanego materiału”, zauważa Michaela Kraus, koordynatorka projektu. Naukowcy przeanalizowali skład chemiczny i strukturę fizyczną materiału wyrzucanego w czasie tych zdarzeń. „Dzięki temu mogliśmy zrozumieć, w jaki sposób ta wyrzucona materia oddziałuje na otaczające środowisko międzygwiazdowe, ponieważ znacząco wpływa na dynamiczną i chemiczną ewolucję galaktyk, w których znajdują się te gwiazdy”, wyjaśnia Kraus. Kolejnym celem projektu POEMS było zbadanie mnogości gwiazd, a w szczególności tego, w jaki sposób oddziaływania w układach podwójnych gwiazd lub ich fuzje przyczyniają się do występowania ekstremalnych faz w masywnych gwiazdach.
Nowatorskie modele wiatrów gwiezdnych, struktur i niestabilności
„Głównym osiągnięciem projektu było stworzenie nowych modeli hydrodynamicznych umożliwiających symulowanie wiatrów gwiezdnych, a także formowania się struktur okołogwiazdowych, takich jak łuki, pierścienie, powłoki i dyski. Korzystając z tych modeli, odkryliśmy nowe formuły dotyczące utraty masy”, stwierdza Kraus. Innym ważnym rezultatem było opracowanie innowacyjnych modeli transferu promieniowania do analizy emisji pierwiastków w środowiskach okołogwiazdowych, w tym gazu atomowego, gazu molekularnego i pyłu. Narzędzia te zapewniły elastyczność modelowania emisji z różnych struktur, takich jak sferyczne powłoki i dyski okołogwiazdowe. „Zbadaliśmy również niestabilności pulsacji, które wyzwalają nagłe masowe erupcje. Wyniki tych badań pozwoliły nam skorelować obserwowane cechy ekstremalnie masywnych gwiazd, takie jak ich kwazi-okresowa zmienność światła i zachowanie podczas erupcji, z przewidywaniami teoretycznymi”, podkreśla Kraus.
Cenne wnioski z danych obserwacyjnych
Zespół projektu POEMS zebrał obszerne dane z renomowanych obserwatoriów naziemnych, takich jak ESO i GEMINI, a także z teleskopów kosmicznych, takich jak TESS i GAIA. Dane te pozwoliły na ujawnienie istotnych szczegółów dotyczących masywnych gwiazd - wiatrów, zachowań pulsacyjnych i otaczających je środowisk w małej i dużej skali. „Dzięki tym badaniom odkryliśmy liczne nieznane wcześniej wyrzuty i mgławice, a także wiele zdarzeń utraty masy poprzedzających eksplozje supernowych. Odkrycia te skłoniły nas do ponownej analizy późnych etapów rozwoju masywnych gwiazd”, zauważa Kraus. „Teraz lepiej rozumiemy niestabilności wpływające na masywne supergiganty i hipergiganty, co pozwala nam wyjaśnić, dlaczego wybuchają tak gwałtownie i jakie siły kształtują wyrzucany przez nie materiał. W naszej pracy zbadaliśmy również warunki fizyczne w środowiskach otaczających wiele masywnych gwiazd w galaktykach Grupy Lokalnej, zbioru ponad 80 galaktyk, obejmującego Drogę Mleczną”, podsumowuje Kraus.
Słowa kluczowe
POEMS, masywne gwiazdy, utrata masy, wiatr gwiezdny, erupcja masy, wyrzut masy