O stea într-o stea. Obiectele Thorne-Żytkow, o formă de parazitism cosmic neobișnuită

În 1975, Kip Thorne și Anna Żytkow au sugerat că este absolut posibil ca o stea mică și densă să fie absorbită de către una foarte mare, nu atât de densă, și să supraviețuiască impactului, rămânând intactă, producând o stea în interiorul unei alte stele. El a numit rezultatul, un model teoretic, drept un obiect Thorne-Żytkow.

Este una dintre cele mai ciudate stele din Univers, de tip păpușă rusească Matrioșka, un tip teoretic de stea hibridă creată atunci când o stea neutronică densă este înghițită de o supergigantă roșie, aflată în expansiune maximă.

Posibila existență a obiectelor Thorne-Żytkow (TZO) a ieșit la iveală atunci când cercetătorii au efectuat simulări pe computer, aceștia descoperind că o stea neutronică (o rămășiță stelară minusculă, ultra-densă, rămasă în urmă atunci când o stea devine supernovă) ar putea fi înghițită de o stea supergigantă roșie. Conform simulărilor, dacă aceste două stele s-ar apropia prea mult una de cealaltă, în loc ca una din ele să fie ejectată, cele două ar putea fuziona împreună. Steaua neutronică, de dimensiunea unui oraș, ar continua să trăiască în interiorul gazdei sale mult mai mari, precum un parazit cosmic.

Într-un studiu publicat în 1975 în The Astrophysical Journal, Thorne și Żytkow au sugerat că aceste stele ar arăta aproape identic cu supergigantele roșii (de exemplu Betelgeuse din constelația Orion). Stelele supergigant sunt relativ comune și sunt unele dintre cele mai tinere și mai mari obiecte din Univers.

Kip Thorne, Anna Żytkow și Emily Levesque

Obiectele Thorne-Żytkow ar arăta foarte asemănător cu supergigantele roșii, dar se consideră că ar avea o durată de viață de 10 ori mai mare. Supergiantele roșii, ca și alte stele, sunt alimentate de fuziunea nucleară ce are loc în nucleul lor. Așa că, atunci când acea energie se epuizează, gravitația lor produce o implozie înainte ca steaua să erupă într-o supernovă. Dar TZO-urile pot avea o viață mult mai lungă, deoarece nu se bazează pe fuziunea nucleară din nucleul lor pentru a evita colapsul. În schimb, nucleul unei stele neutronice al unui TZO, care este deja extrem de comprimat (o linguriță de materie dintr-o stea neutronică cântărește zeci de milioane de tone), previne în mare măsură colapsul gravitațional rapid și incontestabil al straturilor supergigantei din jur.

În ceea ce privește formarea lor, există două terorii, ambele depinzând de obiectele inițiale, ce își încep viața ca două stele gigantice într-un sistem binar apropiat. În prima teorie, cea mai mare dintre cele două stele ar exploda într-o supernovă, lăsând în urmă o stea neutronică. De-a lungul timpului, supergiganta rămasă își va continua expansiunea, ajungând să înghită complet steaua neutronică din apropiere.

O altă posibilitate de formare a TZO este atunci când una dintre stele explodează ca o supernovă asimetrică, iar steaua neutronică rezultată are uneori direcția și amplitudinea necesare pentru a o plasa pe o orbită apropiată, la o distanță pericentrică mai mică decât raza celeilalte stele. Acest lucru ar putea trage steaua neutronică în ”burta” gigantului roșu rămas (ar putea fi și o stea aflată în secvența principală).

Astronomii au anunțat în 2014 că ar fi descoperit primul obiect Thorne-Żytkow. Steaua se ascundea la aproximativ 200.000 de ani lumină depărtare, în Micul Nor Magellanic, o galaxie pitică ce orbitează Calea Lactee. Obiectul a fost găsit de astronomul Emily Levesque cu ajutorul echipei sale de cercetători. În scopul găsirii suspectul TZO, grupul lui Levesque a folosit Observatorul Apache Point din New Mexico – pentru a studia două duzini de stele supergigante roșii din Calea Lactee, precum și unul dintre telescoapele Magellan din Chile – pentru a studia un alt grup de supergigante din Micul Nor Magellanic.

La examinarea datelor, s-a remarcat în special o stea. Sistemul, numit HV 2112, a fost inițial catalogat ca variabil în 1908 de astronomul pionier Henrietta Swan Leavitt. La acea vreme, astronomii credeau că este o supergigantă roșie care își trăia ultimele clipe înainte de a deveni supernovă. Cu toate acestea, la mai bine de 100 de ani după ce Leavitt a observat pentru prima dată obiectul ciudat, Levesque și analiza echipei sale au dezvăluit semnături chimice neobișnuite despre care credeau că ar putea fi semnele ce indicau un obiect Thorne-Żytkow. Cercetătorii au văzut cantități în exces de litiu, calciu și alte elemente, pe care le-au putut explica doar prin reacțiile nucleare unice care ar avea loc în interiorul unui TZO. Dar nici ei nu puteau fi complet siguri, întrucât HV 2112 părea să aibă și alte amprente chimice ciudate pe care nu se așteptau să le vadă. Pe baza acestor mistere rămase, echipa a sugerat fie că modelele teoretice nu au apreciat pe deplin caracteristicile obiectelor Thorne-Żytkow, fie HV 2112 pur și simplu nu a fost de la început un TZO.

HV-2112 (Thorne-Zytkow) (ilustrație John Foster)

Natura bizară a descoperirii a stârnit multă zarvă la acea vreme. Dar, pentru astronomi, a fost și o descoperire importantă, deoarece a oferit dovezi că stelele sunt alimentate și prin alte procese în afară de fuziunea nucleară.

Patru ani mai târziu, în 2018, un alt grup de astronomi a făcut un studiu asupra acestei descoperiri unice. Aceștia au făcut propria analiză a HV 2112 și l-au comparat cu stele similare, dar nu au găsit aceleași niveluri de calciu în exces sau alte elemente observate de echipa lui Levesque. Noua analiză a arătat un surplus de litiu, dar, în afară de asta, rezultatele sugerează că această stea era practic o supergigantă roșie obișnuită. Echipa a oferit în schimb speranța unui candidat înlocuitor. Ei au găsit un alt posibil obiect Thorne-Żytkow, catalogat ca HV 11417, care prezintă unele dintre semnele indicatoare pe care astronomii au prezis că obiectele ar trebui să le aibă. Un lucru asupra căruia cele două echipe de astronomi sunt de acord este că, atunci când vine vorba de obiectele Thorne-Żytkow, atât teoria, cât și observarea lor mai au un drum lung de parcurs.

Obiectele masive Thorne-Żytkow ar putea exploda la un moment dat. Atunci când reacțiile nucleare care susțin un astfel de obiect masiv se termină, ar avea loc o acreție puternică (fenomen fizic prin care un corp ceresc captează materie din spațiul cosmic) spre centrul miezului, format din neutroni. Miezul de neutroni ar putea colapsa, după un anumit timp, într-o gaură neagră.

În filmulețul de mai jos puteți vizualiza posibila formare a unui obiect Thorne-Żytkow (engleză):

 

Surse: Astronomy.com, NASA/ADS (Astrophysics data system, Harvard), Science Photo Library (John Foster), Interstellar Wiki, Ogarniamfizyke, CosmoKnowledge(Youtube)