Úvodní strana  >  Články  >  Hvězdy  >  Výzkumy v ASU AV ČR (171): Historické zjasnění rentgenové dvojhvězdy s černou dírou KV UMa

Výzkumy v ASU AV ČR (171): Historické zjasnění rentgenové dvojhvězdy s černou dírou KV UMa

Hvězdné pole KV UMa na digitalizovaných fotografických deskách archívu DASCH v období předchůdce zjasnění z let 1927-28 (vlevo: snímek z 26. 4. 1927), v období mezi zjasněními (uprostřed: snímek z 26. 12. 1927, kdy byla hvězda jasností pod detekčním limitem) a během hlavního zjasnění (vpravo: snímek z 21. 2. 1928). Pozice KV UMa je označena kolmými úsečkami, velikost hvězdného pole je 20 obloukových minut.
Autor: Vojtěch Šimon

KV UMa patří do skupiny tzv. nízkohmotnostních rentgenových dvojhvězd. Vojtěch Šimon z ASU se jejich studiem zabývá dlouhodobě. Ukazuje, že pro studium těchto objektů je nejen důležité získávat neustále nová, moderní a velmi kvalitní data, ale že neméně podstatné je využívat i historická pozorování, která jsou k dispozici v archívech pozorování různých hvězdáren. A to i ta, která jsou pořízena z dnešního pohledu historickou technologií – na fotografické desky. Tyto desky totiž hrají velmi důležitou roli při výzkumu dlouhodobé aktivity různých druhů objektů se silně proměnnou jasností, jako jsou třeba rentgenové dvojhvězdy.

Rentgenové dvojhvězdy jsou binární objekty, kde jedna ze složek je kompaktní, tedy zkolabovaná hvězda – buď neutronová hvězda nebo černá díra. Tato složka je příjemcem hmoty z druhé komponenty (často poměrně normální hvězdy), látka na ni přetéká přes rovnovážný bod mezi oběma složkami. Okolo příjemce se z přenášené hmoty vytváří rozlehlý akreční disk. Změny v akrečním disku někdy vyvolávají překotné změny jasnosti soustavy na nejrůznějších časových škálách. 

Poměrně nepravidelně se ve světelných křivkách některých rentgenových dvojhvězd objevují velmi výrazná zjasnění (vzplanutí), které zřejmě souvisí s nestabilitou látky v akrečním disku. Ta vede k občasným zjasněním i o 5 magnitud, což představuje zvýšení intenzity na stonásobek. K těmto zjasněním dochází v optickém i rentgenovém oboru a mohou trvat dny i měsíce. Nepravidelnost, s níž tato vzplanutí obvykle nastávají, činí velmi důležitými i pozorování pomocí fotografických desek. Tato měření totiž umožňují zachytit aktivitu těchto objektů i v době, kdy ještě nebyly k dispozici rentgenová pozorování z umělých družic. 

KV UMa je nízkohmotnostní rentgenová dvojhvězda, kde přijímající složkou je černá díra s hmotností kolem 7 hmot Slunce. Druhou složkou je hvězda hlavní posloupnosti spektrálního typu K5V až M1V. Obě složky okolo sebe oběhnou přibližně za 4 hodiny. Systém najdeme, jak už označení napoví, v souhvězdí Velké medvědice. 

Z moderní historie je známo, že KV UMa prošla výraznými zjasněními (ve viditelném i rentgenovém oboru) v letech 2000 a 2005. V roce 2000 měl hlavní vrchol jasnosti i méně výrazného předchůdce, vrcholové svítivosti obou těchto událostí jak v optickém, tak v rentgenovém oboru ale byly porovnatelné, oddělené rozsáhlým poklesem jasnosti. V optickém oboru nastalo zjasnění o něco dříve než v rentgenovém. Nízký poměr svítivosti v rentgenovém a optickém oboru naznačuje, že optické záření bylo vyvoláno viskózním ohřevem v disku. Pozorování v infračerveném oboru dále svědčí o přítomnosti polárního výtrysku. Zjasnění v roce 2005 bylo podstatně kratší než to v roce 2000 a svého předchůdce nemělo. 

Je zřejmé, že některé rentgenové dvojhvězdy opakovaně procházejí výraznými zjasněními s dlouhými obdobími relativního klidu mezi nimi. Abychom pochopili a vysvětlili dlouhodobou aktivitu těchto objektů a změny, k nimž během těchto událostí dochází, je zapotřebí mít k dispozici co možná nejvíce pozorovaných událostí a hledat vzájemné podobnosti jednotlivých vzplanutí a vztahy mezi nimi. 

Naštěstí astronomové zaznamenávali pravidelně hvězdnou oblohu i v době předelektronické, a to na fotografické desky. Digitalizované desky jsou k dispozici například v archívu DASCH (Harvard), odkud je pro své studie využívá i Vojtěch Šimon ze Stelárního oddělení ASU. 
Zorné pole v okolí KV UMa bylo zachyceno na více než 1500 fotografických deskách archívu DASCH, na nichž Vojtěch Šimon měřil jednak jasnost této dvojhvězdy, ale také mezní jasnost nejslabších zachytitelných objektů na desce. Obě informace mají svoji váhu. Jasnost nejslabších zachytitelných hvězd i jasnost pozadí totiž dává informaci o limitu jasnosti KV UMa, pokud ji na této konkrétní desce nebylo možné identifikovat, protože byla velmi slabá (což byla na valné většině studovaných fotografických desek, kdy byla KV UMa ve stavu klidu).

Pečlivým průzkumem objevil V. Šimon další komplikované zjasnění KV UMa, které se odehrálo v letech 1927-1928. Jeho profil byl zachycen na celkově jedenácti fotografických deskách. Stejně jako v roce 2000, i toto zjasnění bylo dvojvrcholové, odstup mezi hlavním vrcholem a jeho předchůdcem byl ale výrazně delší než v roce 2000. Autor porovnával světelné křivky všech tří známých zjasnění tak, že je přes sebe přeložil, přičemž nejlépe popsané zjasnění z roku 2000 použil jako šablonu. Zdá se, že všechna tři zjasnění si jsou svým průběhem v čase v některých fázích velmi podobná, což znamená i podobnosti ve fyzikálních procesech těchto vzplanutí. Ve všech případech se dá očekávat, že zjasnění má svůj původ v proměnné ionizaci disku a rozdílné odstupy mezi hlavním vrcholem jasnosti a jeho předchůdcem zřejmě souvisejí s rozdílným množstvím látky akumulované v akrečním disku během klidové fáze. Množství akumulované látky také zřejmě ovlivňuje celkovou délku vzplanutí, které bylo v roce 2000 nezvykle dlouhé a naproti tomu v roce 2005 velmi krátké. Byla nalezena ještě i ojedinělá zjasnění v letech 1934 a 1971, ta jsou však zachycena vždy jen na jediné fotografické desce a není proto možné zjistit, zda šlo o zjasnění podobná třem již diskutovaným, nebo zda šlo o zvýšení jasnosti jiného typu.

Zpracovaná časová série fotografických desek tedy umožňuje studovat aktivitu KV UMa na časové škále asi sto let a zachytit tak, jak se vyvíjela s časem. Žádná jiná záznamová technologie než fotografie není totiž schopná poskytnout data pro studium dlouhodobé aktivity podobných objektů. Tato studie každopádně ukazuje důležitost pečlivého průzkumu již existujících pozorování, což je činnost, která je moderní astronomií nepochopitelně opomíjena. 

REFERENCE

V. Šimon, Outbursts of the black hole X-ray transient KV UMa (XTE J1118+480) in the optical band, Publications of the Astronomical Society of Australia 37 (2020) article id. E003

KONTAKTY

RNDr. Vojtěch Šimon, Ph.D. 
simon@asu.cas.cz
Stelární oddělení Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Stelární oddělení ASU AV ČR

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.



O autorovi

Michal Švanda

Michal Švanda

Doc. Mgr. Michal Švanda, Ph. D., (*1980) pochází z městečka Ždírec nad Doubravou na Českomoravské vrchovině, avšak od studií přesídlil do Prahy a jejího okolí. Vystudoval astronomii a astrofyziku na MFF UK, kde poté dokončil též doktorské studium ve stejném oboru. Zabývá se sluneční fyzikou, zejména dynamickým děním ve sluneční atmosféře, podpovrchových vrstvách a helioseismologií a aktivitou jiných hvězd. Pracuje v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR v Ondřejově a v Astronomickém ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze, kde se v roce 2016 habilitoval. V letech 2009-2011 působil v Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung v Katlenburg-Lindau v Německu. Astronomií, zprvu pozorovatelskou, posléze spíše „barovou“, za zabývá od svých deseti let. Před začátkem pracovní kariéry působil v organizačním týmu Letní astronomické expedice na hvězdárně v Úpici, z toho dva roky na pozici hlavního vedoucího. Kromě astronomie se zajímá o letadla, zejména ta s více než jedním motorem a řadou okýnek na každé straně. Více o autorovi na jeho webových stránkách svanda.astronomie.cz.

Štítky: Binární černá díra, KV UMa, Astronomický ústav AV ČR


40. vesmírný týden 2020

40. vesmírný týden 2020

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 28. 9. do 4. 10. 2020. Měsíc bude v úplňku. Večer jsou nízko nad jihem Jupiter a Saturn, po půlnoci je velmi vysoko nad jihovýchodem Mars a nad ránem je vidět jasná Venuše. Aktivita Slunce je nízká. Minulý týden přinesl jen jediný, ale úspěšný, start čínské rakety. V tomto týdnu by mohla přijít startovací nálož až se třemi nebo dvěma starty denně. Před 100 lety se narodil italský inženýr Bepi Colombo, který navrhl gravitační manévry u planet (cesta k Merkuru kolem Venuše) a jmenuje se po něm evropská sonda k nejmenší planetě.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Expedícia Perzeidy 2020

Titul Česká astrofotografie měsíce za srpen 2020 získal snímek „Expedícia Perzeidy 2020“, jehož autorem je Robert Barsa   Slzy svatého Vavřince. Pravděpodobně jste toto pojmenování někdy slyšeli. Kdo byl svatý Vavřinec a proč o něm píšeme v tomto textu? Každý rok, okolo

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Saturn

Foceno v primárním ohnisku Canon eos dalekohled Bresser AR 152/760 mm

Další informace »