Tajemství redukční diety stárnoucích hvězd odhaleno

Tisková zpráva Evropské jižní observatoře 46/2015

Obří hvězda přistižena při hubnutí

VY Canis Majoris je doslova hvězdný Goliáš, rudý veleobr (hypergiant), jedna z největších známých hvězd v Galaxii. Svou hmotností převyšuje Slunce 30-40krát a je 300 tisíckrát zářivější. Při své současné velikosti, dané vstupem do závěrečné fáze vývoje, by tato hvězda ve Sluneční soustavě vyplnila prostor až po dráhu planety Jupiter.

Nová pozorování této hvězdy byla provedena pomocí zařízení SPHERE a dalekohledu VLT. Nejmodernější systém adaptivní optiky (adaptive optics), který tento přístroj využívá, je schopen opravit snímky mnohem více než jeho předchůdci. To umožňuje detailně pozorovat útvary, které se na obloze nacházejí velmi blízko jasných zdrojů světla [1]. Díky tomuto přístroji se tak podařilo zaznamenat, jak hvězda VY Canis Majoris osvětluje oblaky hmoty ve svém okolí.   

Zapojení pracovního módu SPHERE/ZIMPOL členům týmu umožnilo nejen nahlédnout hlouběji do srdce oblaku plynu a prachu obklopujícího hvězdu, ale rovněž pozorovat rozptyl světla a jeho polarizaci způsobené touto hmotou. A právě na základě těchto měření bylo možné objevit nečekané vlastnosti prachových částic v okolí hvězdy.

Pečlivá analýza výsledků měření polarizace odhalila, že prachové částice v tomto oblaku jsou poměrně velké, měří v průměru asi 0,5 mikrometru. To by se mohlo zdát málo, ale takto velká zrna jsou ve skutečnosti asi 50krát větší než prachové částice, které se běžně vyskytují v mezihvězdném prostoru. 

Velmi hmotné hvězdy v průběhu své expanze neustále odvrhují značné množství hmoty – VY CMa každý rok uvolní ze svého povrchu množství materiálu v podobě plynu a prachu, které 30krát převyšuje hmotnost planety Země. A tento oblak je od hvězdy odtlačován, dokud hvězda neexploduje. Při samotném výbuchu je část prachových částic zničena a zbytek je vypuzen do mezihvězdného prostoru. Tato hmota je následně, společně s těžkými chemickými prvky uvolněnými při explozi supernovy, zužitkována pro tvorbu příštích generací hvězd a planet.

Až dosud zůstávalo záhadou, jakým způsobem je hmota v horních vrstvách atmosfér takto obrovských hvězd odfukována do okolního prostoru před tím, než hvězda exploduje. Za nejpravděpodobnější příčinu byl vždy považován tlak záření (radiation pressure), tedy síla vyvolaná samotným zářením hvězdy. Jelikož tento tlak je velmi slabý, uplatňuje se jen u částic s určitým rozměrem – u větších prachových zrn, která mají dostatečnou plochu na to, aby tento proces mohl vést k pozorovatelnému efektu [2].

„Hmotné hvězdy prožijí jen krátký život,“ říká hlavní autor článku Peter Scicluna (Academia Sinica Institute for Astronomy and Astrophysics, Taiwan). „Když se přiblíží jejich konec, odvrhnou značné množství hmoty. V minulosti jsme mohli pouze teoreticky uvažovat o tom, jak k tomu dochází. Nyní, s pomocí přístroje SPHERE, se nám podařilo objevit velké prachové částice v okolí tohoto veleobra. Tyto částice jsou dost velké na to, aby je intenzivní záření hvězdy mohlo odtlačovat pryč, což vysvětluje její rychlou ztrátu hmoty.“ 

Přítomnost velkých prachových zrn v takové blízkosti hvězdy znamená, že oblak je schopen efektivně rozptylovat viditelné světlo hvězdy a díky tomu může být odtlačován prostřednictvím radiačního tlaku. Velikost prachových zrn je také rozhodující pokud jde o pravděpodobnost, že přežijí záblesk elektromagnetického záření, který bude doprovázet nevyhnutelný zánik hvězdy VY Canis Majoris [3] v podobě exploze supernovy. Tento prach následně obohatí okolní mezihvězdné médium, poslouží jako zdroj hmoty pro příští generace hvězd a umožní jim vytvořit nové planety.

Poznámky

[1] Přístroj SPHERE/ZIMPOL využívá nejmodernější systém adaptivní optiky k vytvoření snímků s rozlišením daným pouze vlastnostmi optické soustavy (diffraction-limited), nikoliv atmosféry. Díky tomu je možné se přiblížit teoretické rozlišovací schopnosti dalekohledu, který tak (v malém zorném poli) pracuje podobně, jako v místě bez atmosféry. Systém zároveň umožňuje sledovat slabší objekty v blízkosti mnohem jasnějších zdrojů světla.

Snímky využité v této nové studii byly navíc pořízeny ve viditelném světle, které má kratší vlnovou délku než infračervené záření (v této oblasti pracovaly starší systémy adaptivní optiky). Díky tomu jsou získané záběry výrazně ostřejší. Větší rozlišení je možné dosáhnout pomocí interferometru VLTI, ale ten nevytváří obrazy přímo.

[2] Prachové částice musí být dostatečně velké, aby světlo mohlo odtlačovat od hvězdy. Zároveň však nesmí být příliš velké, příliš velké částice klesají zpět ke hvězdě. Pokud jsou částice příliš malé, světlo oblakem prochází, pokud jsou příliš velké, jsou také příliš těžké na to, aby je záření odtlačilo. Částice prachu pozorované u hvězdy VY Canis Majoris mají právě takovou velikost, aby byly zářením hvězdy efektivně odtlačovány.    

[3] K explozi dojde z astronomického pohledu zanedlouho. Ve skutečnosti se však jedná o stovky tisíc let. Vzniklý úkaz bude při pozorování ze Země mimořádný, supernova bude jasná jako Měsíc v úplňku, nebude však představovat žádné riziko pro život.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “Large dust grains in the wind of VY Canis Majoris” autorů P. Scicluna a kol., který byl publikován ve vědeckém časopise Astronomy & Astrophysics.

Složení týmu: P. Scicluna (Academia Sinica Institute for Astronomy and Astrophysics, Taiwan), R. Siebenmorgen (ESO, Garching, Německo), J. Blommaert (Vrije Universiteit, Brussels, Belgie), M. Kasper (ESO, Garching, Německo), N.V. Voshchinnikov (St. Petersburg University, St. Petersburg, Russia), R. Wesson (ESO, Santiago, Chile) a S. Wolf (Kiel University, Kiel, Německo).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• odborný článek
• ESOcast: Polarimetrie
• snímky dalekohledu VLT

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad, Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Peter Scicluna; Academia Sinica Institute for Astronomy and Astrophysics; Taiwan; Tel.: +886 (02) 2366 5420; Email: peterscicluna@asiaa.sinica.edu.tw

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva ESO 46/2015