Kiedy olbrzymie gwiazdy zjadają olbrzymie planety, ich światło może świecić nieco mniej jasno. To przyciemnienie może wpłynąć na sposób, w jaki astronomowie mierzą odległości we wszechświecie – a być może nawet poddać w wątpliwość dotychczasowe pomiary.
„Można by pomyśleć, że planeta będzie niewielkim perturbacją dla gwiazdy,” mówi astrofizyk Licia Verde. „Okazuje się, że tak nie jest”. Te perturbacje mogą nawet pomóc wyjaśnić, dlaczego szacunki dotyczące tempa rozszerzania się Wszechświata nie zgadzają się, Verde i jej koledzy argumentują w pracy zamieszczonej 25 marca na arXiv.org.
Kiedy gwiazdy o masie podobnej do Słońca wypalają większość wodoru w swoich rdzeniach, ich zewnętrzne warstwy puchną, aż gwiazdy osiągają setki razy większe rozmiary niż pierwotnie, stając się czerwonymi olbrzymami. Uważano, że przy pewnej gęstości jądra, wszystkie czerwone olbrzymy osiągają taką samą jasność szczytową.
Ta jednolita jasność pomogła astronomom oszacować kosmiczne odległości. Trudno jest określić odległość gwiazdy bez znajomości jej wewnętrznej jasności – gwiazda może wydawać się ciemna, ponieważ jest bardzo daleko, lub tylko dlatego, że jest ciemna, albo z obu powodów. Ponieważ czerwone olbrzymy zawsze osiągają określoną jasność, mogą one pełnić rolę znaczników odległości we wszechświecie, dając astronomom kosmiczne punkty orientacyjne do mierzenia przestrzeni pomiędzy Ziemią a odległymi galaktykami.
Astronomowie zauważyli oznaki, że czerwone olbrzymy pochłaniają pobliskie planety podczas ekspansji (SN: 12/21/11). Verde i astrofizyk Raul Jimenez, obaj z Uniwersytetu w Barcelonie, wraz z Uffe Gråe Jørgensenem, astrofizykiem z Uniwersytetu w Kopenhadze, zastanawiali się, czy te posiłki planetarne mogą zmienić sposób świecenia gwiazdy. Jeśli tak, to oznaczałoby to, że szczytowa jasność czerwonego olbrzyma jest nieco mniej wiarygodna jako jednolita stała niż wcześniej sądzono.
Istnieje kilka różnych sposobów, na jakie planeta może zmienić jasność gwiazdy, rozumował zespół: Jeśli planeta dała jądru gwiazdy więcej materii do spalenia, mogłoby to podkręcić światła, sprawiając, że gwiazda wydaje się bliższa niż jest. Albo jedzenie planety mogłoby poruszyć zewnętrzne warstwy gazu gwiazdy w taki sposób, że cząstki światła, czyli fotony, odbijałyby się bardziej w atmosferze gwiazdy. Wtedy mniej fotonów uciekłoby, a gwiazda wydawałaby się ciemniejsza.
Symulacje komputerowe testujące te scenariusze byłyby powolne i kosztowne. Zespół wykonał więc kilka zgrubnych obliczeń, aby sprawdzić, czy symulacje w ogóle się opłacą. I faktycznie, obliczenia te wykazały, że dodatkowa masa wynikająca z połknięcia planety sama w sobie nie ma większego znaczenia. Ale jeśli wystarczająco duża planeta wpadnie w gwiazdę z dużą prędkością, może poruszyć zewnętrzne warstwy gwiazdy „jak łyżka w filiżance” – mówi Jimenez. W takim scenariuszu jasność gwiazdy spada nawet o 5 procent, szacuje zespół.
To niewielkie przesunięcie może mieć duże znaczenie dla kosmologii, a w szczególności dla oszacowania tempa ekspansji wszechświata – liczby znanej jako stała Hubble’a. Aby zmierzyć stałą Hubble’a, astronomowie muszą dokładnie wiedzieć, jak szybko obiekty kosmiczne wydają się oddalać w wyniku ekspansji kosmosu, a także jak daleko te obiekty znajdują się od Ziemi.
Dlatego astronomowie używają obiektów o znanej jasności jako tak zwanych „świec standardowych”, aby pomóc w wyznaczeniu kosmicznych odległości. Czerwone olbrzymy są jednym z przykładów, inne to supernowe i gwiazdy zwane cefeidami.
Jednak pomiary z użyciem różnych świec dały różne oszacowania stałej Hubble’a. Inna metoda wykorzystująca szczegóły dotyczące rozmieszczenia materii w bardzo wczesnym wszechświecie dała jeszcze inną wartość stałej Hubble’a. Rozbieżności doprowadziły do kryzysu w kosmologii: Albo niektóre pomiary są błędne, albo wszechświat zachowywał się inaczej we wczesnych epokach niż obecnie. Oznaczałoby to, że długo utrzymywane idee o tym, jak wszechświat uformował się i ewoluował, mogą wymagać rewizji (SN: 7/30/19).
„Ludzie wierzą, że [niedopasowanie] może być sygnaturą nowej fizyki” – mówi Jimenez. „To jest właśnie ta ekscytacja”.
Kosmolog Wendy Freedman z University of Chicago, która zmierzyła stałą Hubble’a używając gwiazd czerwonych olbrzymów, uważa, że potrzebne są bardziej szczegółowe badania, aby dowiedzieć się, czy posiłki planetarne stanowią problem dla oszacowania stałej Hubble’a. Nawet jeśli niektóre gwiazdy świecą słabiej z powodu połknięcia planety, nie będzie to miało znaczenia, jeśli to samo dzieje się w każdej galaktyce, zauważa.
Astronomowie użyli zarówno cefeid jak i czerwonych olbrzymów w jednej galaktyce do zmierzenia jej odległości od Ziemi i obie metody dały taką samą odpowiedź. To sugeruje, że kosmolodzy nie muszą się martwić o to, że czerwone gwiazdy po pożarciu planet będą się ściemniać.
