Cefeidy klasyczne to obiekty bardzo ważne dla wielu dziedzin astronomii, takich jak pulsacje gwiazdowe i teoria ewolucji gwiazd średnio i bardzo masywnych. Cefeidy te mają też ogromny wpływ na współczesną kosmologię będąc jednym z najlepszych wskaźników odległości we Wszechświecie. W naszej wiedzy o tych gwiazdach jest jednak ciągle wiele luk, a nowe obserwacje przynoszą ciekawe niespodzianki.
W niedawno opublikowanym w renomowanym czasopiśmie, the Astrophysical Journal Letters, "Discovery of a binary-origin classical Cepheid in a binary system with a 59-day orbital period", Bogumił Pilecki z Centrum Astronomicznego im. M. Kopernika PAN wraz ze współpracownikami z Polski, USA, Włoch i Chile, przedstawili odkrycie układu podwójnego OGLE-LMC-CEP-1347, zawierającego cefeidę klasyczną i towarzyszącą jej gwiazdę-olbrzyma, o nadspodziewanie krótkim okresie orbitalnym (59 dni) i zagadkowym stosunku mas składników - cefeida jest prawie 2 razy bardziej masywna niż jej towarzysz.
Dlaczego jest to ważne? Tego typu układy z cefeidami mają zwykle okresy orbitalne od jednego do kilku lat, a najkrótszy do tej pory zmierzony wynosił 310 dni. Nowy pomiar pobił więc rekord od razu ponad pięciokrotnie. Ponadto, przeprowadzone wcześniej symulacje pokazały, że okresy krótsze niż 200 dni powinny być wyjątkowo rzadkie. Dlatego wartość okresu orbitalnego tak głęboko poniżej tego limitu była zupełną niespodzianką. Jedynym wytłumaczeniem takiej konfiguracji jest to, że cefeida nie przeszła jeszcze przez gałąź czerwonych olbrzymów (będąc aktualnie w przerwie Hertzsprunga), gdyż w przeciwnym wypadku w wyniku przepełnienia powierzchni Roche'a powstałby system o zupełnie innej konfiguracji.
Dane obserwacyjne potwierdzają też, że zarówno cefeida jak i jej towarzysz są gwiazdami, które opuściły już ciąg główny i są w podobnej fazie ewolucyjnej, co oznacza, że ich masy powinny być również podobne. Tak jednak nie jest. Zmierzony stosunek mas o wartości 0.55 stoi w oczywistej sprzeczności z teorią ewolucji gwiazdowej. Najprostszym wyjaśnieniem tej zagadki jest to, że układ ten był kiedyś złożony z trzech składników o podobnych masach, a cefeida powstała z połączenia dwóch z nich w jedną gwiazdę. Co ciekawe, ta cefeida powiększy się w przyszłości w wyniku ewolucji tak bardzo, że może dojść do kolejnego połączenia z towarzyszem, lub przynajmniej przelania na niego części masy cefeidy.
Odkrycie to rzuca światło na jedno z możliwych źródeł pochodzenia cefeid jako połączenia się dwóch gwiazd w jedną, co nie jest obecnie brane pod uwagę w większości prac naukowych, a także na złożone oddziaływania między gwiazdami w układach wielokrotnych. Jest to ponadto pierwsza cefeida dwumodalna znaleziona w układzie podwójnym dwóch gwiazd olbrzymów. Analiza takich systemów może posłużyć do opracowania metody łatwego pomiaru mas innych gwiazd tego typu, nawet tych pojedynczych. Cefeida ta, jest też jednocześnie najkrócej-okresową, jaką kiedykolwiek znaleziono w układzie podwójnym, co oznacza, że możemy dzięki niej rozszerzyć naszą wiedzę o najmniej masywnych cefeidach (krótko-okresowe gwiazdy tego typu mają mniejsze masy). Dla takich mało-masywnych, krótko-okresowych cefeid brakuje obecnie pomiarów obserwacyjnych, a jednocześnie teoretyczne wytłumaczenie ich istnienia napotyka szereg trudności.
Lepsze zrozumienie cefeid może nam też pozwolić na zidentyfikowanie i rozwiązanie aktualnych problemów z pomiarem stałej Hubble'a i zwiększyć nasze zrozumienie Wszechświata.
Jak doszło do tego odkrycia? Główną motywacją dla projektu, w którym odkryty został ten obiekt, była nasza uboga wiedza na temat fizycznych własności cefeid, przy jednoczesnym ich szerokim użyciu do pomiarów odległości we Wszechświecie, na których bazuje nasz aktualnie najlepszy pomiar stałej Hubble'a. W roku 2020, znaliśmy tylko pięć układów podwójnych z cefeidami, które nadawały się do pomiaru mas. Brakowało też nowych kandydatów do obserwacji.
Celem projektu (zaprezentowanego w "Cepheids with Giant Companions. I. Revealing a Numerous Population of Double-lined Binary Cepheids") jest zwiększenie tej liczby przynajmniej 10-krotnie. Badanie tak dużej liczby nowych obiektów to jak wyprawa na zupełnie nieznany ląd. Można się tam spodziewać wielu niespodziewanych odkryć, a pierwsze z nich przyszło szybciej niż ktokolwiek się spodziewał. Projekt wspierany jest przez Narodowe Centrum Nauki (grant SONATA BIS 2020/38/E/ST9/00486).
Kontakt: Dr. Bogumił Pilecki, pilecki@camk.edu.pl
Rysunek: Wizualizacja układu OGLE-LMC-CEP-1347 oraz wyniki obserwacji.
Tekst: Bogumił Pilecki
