O gigantă roșie îndepărtată, catalogată cu numele KIC 2852961, contrazice ce se așteaptă de obicei de la o stea îmbătrânită. În loc să se liniștească, produce supererupții extraordinare, care eliberează mult mai multă energie decât chiar și cele mai puternice erupții ale Soarelui.
Așteptarea aceasta vine din felul în care evoluează stelele. Când o stea devine gigantă roșie, straturile ei exterioare, aflate în expansiune, îi încetinesc în general rotația, iar asta reduce adesea activitatea magnetică asociată erupțiilor stelare. KIC 2852961 a luat-o însă pe alt drum.
Astronomii au identificat acum mecanismul din spatele erupțiilor ei violente: o stea însoțitoare apropiată și un dinam magnetic neobișnuit de puternic, care împreună transformă giganta roșie îmbătrânită într-o sursă de explozii stelare imense.
Cercetătorii de la Observatorul Konkoly, parte a Centrului de Cercetare HUN-REN pentru Astronomie și Științele Pământului din Budapesta, studiază de ani de zile acest obiect neobișnuit. În anul 2020, echipa a depistat 59 de erupții și supererupții în observațiile telescopului spațial Kepler al NASA. Acestea au confirmat că, dintre stelele identificate în câmpul de observare al lui Kepler, KIC 2852961 este cea cu cele mai extreme erupții. Rezultatul a ridicat însă întrebarea cum ar putea o stea evoluată să-și mențină o activitate magnetică atât de intensă.
Noul studiu, acceptat pentru publicare în revista Astronomy & Astrophysics, aduce o explicație mai completă. Echipa a combinat observațiile Kepler cu spectroscopia de la sol și cu măsurătorile misiunii Gaia a Agenției Spațiale Europene.
„Am vrut să aflăm ce o face pe această stea atât de extremă. Să fie vorba de steaua însoțitoare din apropiere, care trage de ea? Sau se petrece ceva în adâncul ei? Răspunsul s-a dovedit mai nuanțat decât oricare dintre cele două variante luate separat”, a declarat autorul principal al studiului, Zsolt Kővári, de la HUN-REN CSFK.
Descoperirile indică o combinație între interacțiunile de maree, o sincronizare incompletă a rotației și procesele magnetice care au loc chiar în interiorul gigantei roșii.
O stea pitică ajută giganta să se rotească în continuare
Una dintre concluziile centrale ale studiului este că KIC 2852961 face parte dintr-un sistem binar strâns. Însoțitoarea ei este o stea pitică relativ slabă, a cărei gravitație a influențat profund evoluția gigantei. Steaua mai mică nu pare să declanșeze direct supererupțiile, dar prezența ei explică, în parte, de ce giganta roșie rămâne atât de activă din punct de vedere magnetic.
Pe măsură ce KIC 2852961 s-a extins până la o rază de aproximativ 12 ori mai mare decât a Soarelui, forțele gravitaționale de maree dintre cele două stele au cântărit tot mai mult. Treptat, ele i-au modificat rotația, împingând-o spre sincronizarea cu mișcarea orbitală a însoțitoarei. Tot ele au contribuit la circularizarea orbitei.
Efectul acestor forțe crește vertiginos odată cu dimensiunile gigantei. Timpul necesar pentru circularizarea orbitei depinde puternic de raportul dintre distanța care separă cele două stele și raza gigantei: este aproximativ proporțional cu puterea a opta a acestui raport. De aceea, interacțiuni relativ slabe la începutul vieții stelei au devenit mult mai puternice în faza de gigantă roșie.
Cercetătorii au descoperit că sistemul se apropie de sincronizare, dar nu a ajuns încă la blocarea completă a rotației. Nuanța aceasta ajută la explicarea comportamentului ieșit din comun al stelei. Însoțitoarea a contribuit la menținerea unor condiții de rotație în care giganta poate susține o activitate magnetică intensă, iar sincronizarea incompletă permite ca diferențele de rotație de pe suprafața stelei să persiste.
Un motor magnetic alimentat de rotația inegală
Cea mai revelatoare parte a descoperirii privește rotația diferențială, fenomenul prin care latitudinile unei stele se rotesc cu viteze diferite. Se vede și la Soare, unde regiunile ecuatoriale se rotesc mai repede decât cele din apropierea polilor.
La KIC 2852961, forțele de maree au redus aceste diferențe, fără să le elimine. Potrivit cercetătorilor, rotația diferențială rămasă contribuie la menținerea unui dinam magnetic stelar neobișnuit de eficient, un proces intern care generează și amplifică câmpurile magnetice și creează astfel condițiile necesare erupțiilor puternice.
„Rotația diferențială are un rol dublu. Pe de o parte, ajută la generarea și menținerea unor pete stelare uriașe la suprafață. Pe de altă parte, răsucește și forfecă liniile câmpului magnetic coronal de deasupra acestor pete. Iar când aceste linii de câmp încâlcite și puternic tensionate se reconectează, rezultatul este o supererupție”, a explicat Kővári.
Observațiile telescopului Kepler arată variații substanțiale ale luminozității gigantei pe parcursul rotației ei. Fluctuațiile sunt asociate cu pete stelare enorme și întunecate, regiuni de activitate magnetică concentrată care acoperă porțiuni însemnate din suprafața stelei.
Petele contează mai ales pentru că structurile magnetice asociate lor pot stoca mari cantități de energie. Pe măsură ce rotația diferențială răsucește și întinde liniile de câmp magnetic care se extind în coroana stelei, se acumulează tensiune magnetică. Când aceste câmpuri trec printr-o reconectare magnetică, o parte din energia stocată se poate elibera sub forma unei erupții explozive.
Descoperirile susțin ideea că între petele care acoperă o mare parte din suprafața stelei și energia supererupțiilor există o legătură fizică, nu o simplă coincidență observațională.
Însoțitoarea pregătește terenul, dar nu declanșează direct erupțiile
Cercetătorii au verificat și dacă interacțiunile dintre câmpurile magnetice ale celor două stele ar putea produce direct erupțiile observate. Dacă însoțitoarea le-ar declanșa prin interacțiuni magnetice legate de orbită, erupțiile ar putea apărea cu precădere în anumite puncte ale orbitei binare. Observațiile nu au arătat însă nicio legătură clară între momentul erupțiilor și faza orbitală. Lipsa unui tipar detectabil contrazice ipoteza că însoțitoarea ar acționa ca un declanșator direct, la intervale regulate.
Dovezile susțin, în schimb, un mecanism care acționează în principal în interiorul gigantei roșii. Însoțitoarea modelează condițiile de rotație prin forțele de maree, iar rotația diferențială a gigantei și evoluția câmpului ei magnetic controlează acumularea și eliberarea energiei.
Distincția are implicații mai largi pentru felul în care sunt înțelese stelele binare cu activitate magnetică. Erupțiile extreme nu au neapărat nevoie de conexiuni magnetice directe între stelele unui sistem binar. În unele sisteme, interacțiunile gravitaționale pot fi suficiente pentru a menține condițiile de rotație de care are nevoie un dinam magnetic excepțional de activ.
Nu orice stea bătrână se liniștește
KIC 2852961 demonstrează că îmbătrânirea nu aduce întotdeauna liniște magnetică. În condiții orbitale potrivite, o gigantă roșie în expansiune își poate păstra rotația și activitatea magnetică internă necesare unor supererupții ce le eclipsează pe cele observate pe Soare.
În cazul KIC 2852961, se conturează imaginea unei însoțitoare care ajută la menținerea condițiilor pentru o activitate extremă, fără să declanșeze direct erupțiile. Eliberarea propriu-zisă de energie vine din procesele magnetice din interiorul gigantei și de deasupra ei. Descoperirea arată cum o stea îmbătrânită, modelată de gravitația unei vecine mai mici, poate rămâne unul dintre cele mai explozive obiecte dintr-un întreg câmp de observații stelare.
Studiul oferă și un cadru pentru cercetarea vremii spațiale dincolo de Sistemul Solar. Pentru a înțelege cât de des apar erupțiile stelare și câtă energie eliberează, nu ajunge măsurarea rotației unei stele sau identificarea unei însoțitoare apropiate. Astronomii trebuie să țină cont și de evoluția orbitelor binare, de sincronizarea mareică, de rotația diferențială și de structurile magnetice care stochează energia explozivă.
Ce s-a mai descoperit în Univers?
Două găuri negre uriașe s-ar putea ciocni în doar 100 de ani. Cum au stabilit cercetătorii acest lucru
Nucleul Pământului eliberează tot felul de materiale ținute captive încă de la nașterea planetei
Oamenii de știință ar fi rezolvat, în sfârșit, misterul celor două fețe ale Lunii
Pământul și Marte sunt lumi stâncoase vecine, dar s-au format în moduri diferite
