Bílý trpaslík ostřeluje červeného záhadným paprskem

V květnu 2015 narazila skupina amatérských astronomů z Německa, Belgie a Spojeného království na hvězdný systém, který se choval zcela odlišně, než jakýkoliv jiný, se kterým se dosud setkali. Následná pozorování pod vedením astronomů z University of Warwick provedená pomocí řady dalekohledů na Zemi i ve vesmíru [1] ukázala na skutečnou povahu tohoto dříve chybně zařazeného objektu.

Systém AR Scorpii (AR Sco) se na obloze nachází v souhvězdí Štíra (Scorpius) a leží 380 světelných let od Slunce. Skládá se z rychle rotujícího bílého trpaslíka (white dwarf) [2] – hvězdy o velikosti Země, která obsahuje 200 tisíckrát více hmoty – a chladného červeného trpaslíka o hmotnosti třetiny Slunce [3]. Složky systému kolem sebe obíhají jednou za 3,6 hodiny v kosmickém tanci přesném jako hodinky. 

Video: Bílý trpaslík ostřeluje červeného záhadným paprskem
(autor: ESO/L. Calçada)

Díky tomuto neobvyklému kosmickému tanci vykazuje tento dvojhvězdný systém (binary star system) řadu podivných vlastností. Bílý trpaslík s vysokou frekvencí otáčení a se silným magnetickým polem urychluje elektrony téměř na rychlost světla. Tyto vysoce-energetické částice při svém pohybu kosmickým prostorem emitují elektromagnetické záření ve formě paprsku připomínajícího světlo majáku opakovaně blikajícího na povrch červeného trpaslíka. Způsobují tak periodická výrazná zjasnění celého systému každé 1,97 minuty. Zjasnění jsou patrná také na rádiových frekvencích, což u systému s bílým trpaslíkem nebylo dosud nikdy pozorováno.

Vedoucí vědeckého týmu Tom Marsh (University of Warwick’s Astrophysics Group) vysvětluje: „Systém AR Scorpii byl objeven asi před čtyřiceti lety, ale jeho pravá povaha nebyla odhalena, dokud jsme v roce 2015 nezahájili naše pozorování. Během několika minut jsme si uvědomili, že jsme narazili na něco mimořádného.“

Pozorované vlastnosti systému AR Sco jsou unikátní a také do jisté míry záhadné. Elektromagnetické vyzařování v širokém rozsahu vlnových délek je známkou, že je generováno elektrony v magnetickém poli. Magnetické pole může být vysvětleno rychle rotujícím bílým trpaslíkem v systému, ale původ elektronů samotných je skutečnou záhadou – není totiž jasné, zda jsou spojeny s bílým trpaslíkem, nebo s chladnější druhou složkou v systému. 

Hvězda AR Scorpii byla poprvé pozorována na počátku 70. let 20. století. Díky pravidelným změnám jasnosti s periodou 3,6 hodiny byla chybně klasifikována jako osamocená proměnná hvězda (variable star) [4]. Pravý původ změn jasnosti AR Scorpii pomohlo odhalit až zcela nedávno společné úsilí amatérských a profesionálních astronomů. Podobné pulzace sice byly již v minulosti pozorovány, ale pouze u neutronových hvězd – jedněch z nejhustějších hvězdných objektů ve vesmíru – nikoliv v případě bílých trpaslíků.  

Spoluautor práce Boris Gänsicke (University of Warwick) dodává: „Pulsující neutronové hvězdy známe téměř padesát let a některé teorie předpovídají, že bílí trpaslíci by se mohli chovat podobně. Je vzrušující, že se nám takový systém podařilo objevit. A navíc je to úžasná ukázka spolupráce amatérských a profesionálních astronomů.“

Poznámky

[1] Pozorování v rámci tohoto výzkumu byla provedena pomocí následujících dalekohledů: ESO/VLT (Very Large Telescope, Cerro Paranal, Chile); William Herschel Telescope a Isaac Newton Telescope (Isaac Newton Group, La Palma, Kanárské ostrovy, Španělsko); Australia Telescope Compact Array (Paul Wild Observatory, Narrabri, Australia); kosmický dalekohled HST (NASA/ESA Hubble Space Telescope); a satelit Swift (NASA's Swift satellite).

[2] Bílí trpaslíci jsou závěrečnou fází vývoje hvězd o hmotnosti až do osminásobku Slunce. Jakmile vyhasne termojaderná fúze vodíku v jádře hvězdy, projeví se to navenek dramatickou expanzí do podoby rudého obra (red giant). Tato fáze je následována opětovným smrštěním a odvržením vnějších obálek plynu a prachu. Po této fázi vývoje zůstává z hvězdy bílý trpaslík – objekt o velikosti Země, ovšem 200 tisíckrát hustější. Čajová lžička hmoty bílého trpaslíka by na Zemi vážila asi tolik, jako slon.   

[3] Tento červený trpaslík je hvězda spektrální třídy M. Třída M (podle harvardské klasifikace, která používá jedno písmeno pro zařazení hvězd podle spektrálních vlastností) je nejpočetnější skupinou hvězd. Pro jednotlivé spektrální třídy jsou použita písmena OBAFGKM a pro jejich zapamatování slouží slavná mnemotechnická pomůcka v podobě anglické věty: Oh Be A Fine Girl/Guy, Kiss Me. 

[4] Proměnná hvězda mění při pohledu ze Země svoji jasnost. Variace jasnosti mohou být důsledkem skutečných změn vlastností hvězdy – například periodického nafukování a smršťování. Příčiny však mohou být i geometrické, například následkem opakovaných zákrytů složek dvojhvězdy. V případě AR Scorpii se dlouho myslelo, že se jedná o osamocenou fyzicky proměnnou hvězdu. Vzájemný oběh dvojice hvězd však vede ke stejně pravidelným změnám pozorované jasnosti.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku s názvem “A radio pulsing white dwarf binary star” autorů T. Marsh a kol., který byl publikován 28. července 2016 ve vědeckém časopise Nature.

Složení týmu: T.R. Marsh (University of Warwick, Coventry, UK), B.T. Gänsicke (University of Warwick, Coventry, UK),  S. Hümmerich (Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e.V., Německo; American Association of Variable Star Observers (AAVSO), USA), F.-J. Hambsch (Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e.V., Německo; American Association of Variable Star Observers (AAVSO), USA; Vereniging Voor Sterrenkunde (VVS), Belgie), K. Bernhard (Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e.V., Německo; American Association of Variable Star Observers (AAVSO),USA), C.Lloyd (University of Sussex, UK), E. Breedt (University of Warwick, Coventry, UK), E.R. Stanway (University of Warwick, Coventry, UK), D.T. Steeghs (University of Warwick, Coventry, UK), S.G. Parsons (Universidad de Valparaiso, Chile), O. Toloza (University of Warwick, Coventry, UK), M.R. Schreiber (Universidad de Valparaiso, Chile), P.G. Jonker (Netherlands Institute for Space Research, Nizozemí; Radboud University Nijmegen, Nizozemí), J. van Roestel (Radboud University Nijmegen, Nizozemí), T. Kupfer (California Institute of Technology, USA), A.F. Pala (University of Warwick, Coventry, UK) , V.S. Dhillon (University of Sheffield, UK; Instituto de Astrofisica de Canarias, Španělsko; Universidad de La Laguna, Španělsko), L.K. Hardy (University of Warwick, Coventry, UK; University of Sheffield, UK), S.P. Littlefair (University of Sheffield, UK), A. Aungwerojwit (Naresuan University, Thajsko), S. Arjyotha (Chiang Rai Rajabhat University, Thajsko), D. Koester (University of Kiel, Německo),  J.J. Bochinski (The Open University, UK), C.A. Haswell (The Open University, UK), P. Frank (Bundesdeutsche Arbeitsgemeinschaft für Veränderliche Sterne e.V., Německo) a P.J. Wheatley (University of Warwick, Coventry, UK).

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

• vědecký článek
• snímky dalekohledu VLT

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV , 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

Tom Marsh; Department of Physics, University of Warwick; Coventry, United Kingdom; Tel.: +44 24765 74739;
Email: t.r.marsh@warwick.ac.uk

Boris Gänsicke; Department of Physics, University of Warwick; Coventry, United Kingdom; Tel.: +44 24765 74741; Email: Boris.Gaensicke@warwick.ac.uk

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 ESO1627