Echa po przelocie supergwiazd w pobliżu Słońca

Ponad cztery miliony lat temu dwie masywne gwiazdy minęły Słońce w odległości tak niewielkiej, że do dziś widać kosmiczny ślad tego spotkania. Nowe badania pokazują, że promieniowanie tych gwiazd zmieniło gaz otaczający Układ Słoneczny i mogło wpłynąć na warunki panujące na młodej Ziemi

Kiedy myślimy o wędrowcach z głębokiego kosmosu, zwykle przywołujemy komety lub planetoidy. Tymczasem w epoce, gdy na Ziemi nie istniały jeszcze nawet pierwsze homininy, przez okolice Słońca przemknęły obiekty znacznie potężniejsze. Zespół Michaela Shulla z University of Colorado Boulder wykazał, że około 4,4 mln lat temu dwie gorące gwiazdy typu B — Epsilon Canis Majoris i Beta Canis Majoris — przeleciały w odległości zaledwie 30-35 lat świetlnych (9,2–10,7 parseka). Ich intensywne promieniowanie ultrafioletowe odcisnęło trwały ślad w lokalnych obłokach międzygwiazdowych.

Shull zwraca uwagę, że te struktury nie są bierną mgiełką oddzielającą nas od reszty Galaktyki. „To, że Słońce znajduje się wewnątrz obłoków, które mogą osłaniać nas przed jonizującym promieniowaniem, może być istotnym elementem tego, co czyni Ziemię miejscem nadającym się do zamieszkania” – powiedział.

Wyniki badań opublikowano 24 listopada w czasopiśmie The Astrophysical Journal.

Wędrówka przez lokalne obłoki

Układ Słoneczny zanurzony jest w grupie tzw. lokalnych obłoków międzygwiazdowych, rozciągających się na około 30 lat świetlnych (czyli blisko 9,2 parseka). Składają się one głównie z wodoru i helu, ale nie mają jednorodnych właściwości fizycznych. To przez ten rozproszony ośrodek Słońce wędruje przez Drogę Mleczną z prędkością około 26 km/s.

Zespół Shulla odtworzył historię tej okolicy, łącząc modele ruchu gwiazd, dynamiki obłoków i trajektorii Słońca. Symulacje wskazały, że dwie jasne gwiazdy z konstelacji Wielkiego Psa przecięły w przeszłości drogę naszej gwiazdy. Ich masy, temperatury i jasności były tak duże, że w momencie największego zbliżenia świeciłyby na ziemskim niebie znacznie jaśniej niż dzisiejszy Syriusz.

„Gdy cofniemy się o 4,4 mln lat, te dwie gwiazdy byłyby od czterech do sześciu razy jaśniejsze niż Syriusz dziś” – wyjaśnił Shull.

Zagadkowa jonizacja helu i wodoru

Jednym z kluczowych problemów, które badania pomagają rozwiązać, jest anomalia dotycząca stopnia jonizacji lokalnych obłoków. Już w latach 80. obserwacje z teleskopów kosmicznych wykazały, że około 20 proc. atomów wodoru i aż 40 proc. atomów helu jest zjonizowanych, czyli pozbawionych elektronów.

To zaskakujący wynik, bo wodór i hel są stosunkowo odporne na jonizację, a znane pobliskie źródła promieniowania nie tłumaczyły tak wysokiego poziomu naładowania. Szczególnie hel trudno pozbawić elektronu ze względu na jego stabilność. Aby osiągnąć taki stopień jonizacji, potrzebne jest bardzo intensywne promieniowanie ultrafioletowe o wysokiej energii, którego w pobliżu Słońca obecnie nie obserwujemy. Astronomowie zaczęli więc podejrzewać, że klucz do zagadki kryje się w odległej przeszłości.

Nowa praca Shulla pokazuje, że wysoki poziom jonizacji nie jest współczesnym stanem równowagi, lecz zapisem dawnego zdarzenia astrofizycznego. Promieniowanie Epsilon i Beta Canis Majoris mogło zasilić lokalne obłoki energią wystarczającą, by oderwać elektrony z atomów helu i wodoru. Efekt takiej jonizacji utrzymuje się miliony lat, ponieważ proces ponownego łączenia się elektronów z jądrami atomów przebiega bardzo powoli w rzadkim ośrodku międzygwiazdowym.

Modele Shulla wskazują również na rolę innych czynników. Trzy pobliskie białe karły oraz rozgrzane gazy tzw. lokalnej bańki – prawdopodobnie pozostałości po 10-20 dawnych supernowych – mogły także dostarczyć część promieniowania. Jednak to masywne gwiazdy z Wielkiego Psa najpewniej stanowią brakujący element układanki. „I to rodzaj układanki, w której wszystkie elementy są w ruchu” – powiedział Shull, podkreślając złożoność procesu.

Co czeka dawne gwiezdne wędrowczynie

Dziś Epsilon i Beta Canis Majoris znajdują się ponad 400 lat świetlnych od Ziemi (czyli ponad 120 parseków), ale wciąż należą do najbardziej imponujących gwiazd w naszym sąsiedztwie. Każda z nich ma około 13 mas Słońca i temperaturę powierzchni w zakresie 21-25 tys. kelwinów. To gwiazdy, które zużywają swoje paliwo wyjątkowo szybko. Według Shulla obie zakończą życie jako supernowe w ciągu kilku milionów lat.

Ziemi jednak nic nie grozi. „Supernowa w takiej odległości rozświetli niebo – będzie bardzo jasna, ale wystarczająco daleko, by nie stanowić zagrożenia” – podkreślił badacz.

Z czasem ślady dawnej jonizacji również znikną. W rozproszonym ośrodku międzygwiazdowym proces rekombinacji – czyli ponownego łączenia się elektronów z jonami – zachodzi powoli, lecz nieustannie. W ciągu kolejnych milionów lat lokalne obłoki przyjmą bardziej neutralny stan. Do tego czasu pozostaną jednak astrofizycznym zapisem wizyty dwóch gwiazd, które na krótko przecięły drogę Słońca.

Źródło:

Daniel Strain, University of Colorado Boulder, Close brush with two hot stars millions of years ago left a mark just beyond our solar system, 1.12.2025

• Nauki ścisłe i nauki o Ziemi