Czerwone olbrzymy to jeden z etapów ewolucji gwiazd takich, jak Słońce. Gdy w gwieździe wyczerpuje się paliwo do reakcji termojądrowych, zwiększa ona bardzo mocno swoje rozmiary (promień rośnie setki razy), a także zaczyna tracić masę poprzez intensywny wiatr gwiazdowy. Na dodatek później czerwone olbrzymy zaczynają pulsować, co przekłada się na zmiany jasności tych gwiazd.

Jednak w przypadku około 30 proc. czerwonych olbrzymów astronomowie obserwują dodatkową zmienność, z okresami od kilku miesięcy do kilku lat, czyli zwykle dziesięciokrotnie dłuższymi, niż okresy pulsacji tych obiektów. Zjawisko to nazywane jest długim okresem wtórnym (ang. long secondary period – LSP), znane jest od blisko stulecia i do tej pory pozostawało niewyjaśnione.

Zmienność tego rodzaju próbowano tłumaczyć występowaniem nieradialnych oscylacji gwiazdowych, tworzeniem się gigantycznych komórek konwekcyjnych, chwilowymi wyrzutami pyłu z powierzchni gwiazdy albo obecnością ciemnych plam w jej fotosferze. Jednak żaden z tych pomysłów nie potrafił wyjaśnić wszystkich obserwowanych własności gwiazd LSP. Długie okresy wtórne u gwiazd LSP to obecnie jedyny niewyjaśniony typ zmienności o dużych skalach u gwiazd.

Od lat problem ten bada zespół astronomów z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego. Badaniami kieruje prof. Igor Soszyński. W swoich pracach naukowcy korzystają z bazy obserwacji fotometrycznych z projektu OGLE – przeglądu nieba realizowanego od prawie 30 lat przez warszawskich astronomów pod kierunkiem prof. Andrzej Udalskiego. OGLE obserwuje 2 miliardy gwiazd z Drogi Mlecznej i pobliskich galaktyk (Obłoków Magellana).

W bazie danych OGLE udało się przeanalizować 16 tysięcy gwiazd LSP. Dodatkowo po raz pierwszy zbadano zmiany jasności tych obiektów w zakresie podczerwonym. W tym celu wykorzystano dane obserwacyjne z projektu WISE – kosmicznego teleskopu obserwującego w podczerwieni. Z jego archiwum udało się uzyskać dane dla około 700 gwiazd. Porównanie krzywych zmian blasku w zakresie optycznym i podczerwonym pokazało, że tylko w tym drugim przypadku występuje dodatkowe minimum jasności.

Prof. Soszyński i jego współpracownicy wskazują, że takie zachowanie gwiazdy można wyjaśnić występowaniem dodatkowego obiektu krążącego blisko powierzchni gwiazdy. Obiekt ten jest otoczony chmurą pyłu przesłaniającą gwiazdę. Materia, z której składa się chmura ma temperaturę około 1000-1500 K, a więc emituje promieniowanie w podczerwieni. Dlatego gdy co jakiś czas następuje sytuacja, gdy gwiazda zasłoni chmurę, widzimy wtórne minimum tylko w zakresie podczerwonym.

Z pomiarów prędkości radialnych, które pozwalają sprawdzić ruch gwiazdy na linii widzenia Ziemia-gwiazda (jej zbliżanie i oddalanie się od nas) - wynika, że w chmurach pyłu kryją się obiekty o masach mniejszych niż gwiazdowe – zapewne brązowe karły - mówią polscy badacze. Sugerują, że powstały one w efekcie ściągania materii przez planety krążące na odległych orbitach wokół swoich gwiazd, które po wejściu gwiazdy w fazę czerwonego olbrzyma znajdują się teraz blisko powierzchni gwiazdy. Czyżby więc wiele z czerwonych olbrzymów występowało w układach podwójnych z brązowymi karłami, a wcześniej posiadało swoje planety?

Wyniki badań ukazały się w „The Astrophysical Journal Letters” (https://doi.org/10.3847/2041-8213/abf3c9).