Astronomové odhalili tajemství nafouknutých bílých trpaslíků

Staré dvojhvězdné systémy mohou obsahovat hvězdy, které jsou ještě žhavější, než vědci dosud předpokládali. Bílé trpaslíky tvoří husté, kompaktní pozůstatky, které zůstávají po vyčerpání jaderného paliva hvězd, což je proces, který jednoho dne čeká i naše Slunce. Tyto hvězdné zbytky jsou známé jako degenerované hvězdy, protože jejich vnitřní fyzikální vlastnosti odporují běžným očekáváním: jak nabývají na hmotnosti, jejich velikost se ve skutečnosti zmenšuje.

Mnoho bílých trpaslíků existuje v párech a tvoří dvojhvězdy, ve kterých dvě hvězdy obíhají navzájem kolem sebe. Většina těchto systémů je z galaktického hlediska velmi stará a v průběhu času vychladla na povrchovou teplotu kolem 4 000 kelvinů.

Astronomové však nedávno identifikovali pozoruhodnou skupinu dvojhvězdných systémů s krátkou periodou, ve kterých hvězdy dokončí oběh za méně než hodinu. Překvapivě se tito bílí trpaslíci zdají být asi dvakrát větší, než předpovídají modely, s mnohem vyššími povrchovými teplotami v rozmezí od 10 000 do 30 000 kelvinů.

Výzkum role slapového ohřevu
To inspirovalo tým vědců pod vedením Lucy Olivie McNeillové z Kjótské univerzity k výzkumu teorie slapových sil a jejich využití k předpovědi nárůstu teploty bílých trpaslíků na krátkých oběžných drahách dvojhvězd. Slapové síly často deformují nebeská tělesa v dvojhvězdných soustavách a určují tak jejich orbitální vývoj.

„Slapový ohřev se osvědčil při vysvětlování teplot horkých jupiterů a jejich orbitálních vlastností ve vztahu k jejich mateřským hvězdám. Ptali jsme se tedy: Do jaké míry může slapový ohřev vysvětlit teploty bílých trpaslíků v krátkoperiodických dvojhvězdách?“ říká McNeillová.

Vědci vytvořili teoretický rámec, který vysvětluje nárůst teploty bílých trpaslíků v krátkoperiodických dvojhvězdách. Tento rámec je zcela zobecněný, což umožňuje předpovídat minulý a budoucí vývoj teploty i orbitální vývoj bílých trpaslíků v dvojhvězdných soustavách.

Výsledky ukázaly, že slapové síly mohou silně ovlivnit vývoj takových bílých trpaslíků. Konkrétně slapová síla malého bílého trpaslíka ovlivňuje vnitřní ohřev jeho většího, ale méně hmotného společníka, což způsobuje jeho nafouknutí a zvýšení povrchové teploty na nejméně 10 000 kelvinů.

Nafouklé hvězdy a prodloužení orbitální interakce
V důsledku tohoto nafouknutí tým předpovídá, že bílí trpaslíci by měli být obvykle dvakrát větší, než předpovídá teorie, když začnou interagovat nebo dochází k přenosu hmoty. V důsledku toho mohou krátkoperiodické dvojice bílých trpaslíků začít interagovat již při orbitálních periodách, které jsou třikrát delší, než se dříve předpokládalo.

„Očekávali jsme, že slapový ohřev zvýší teploty těchto bílých trpaslíků, ale byli jsme překvapeni, jak moc se orbitální perioda nejstarších bílých trpaslíků zkracuje, když se jejich Rocheovy laloky dostanou do kontaktu,“ říká McNeillová.

Bílí trpaslíci v dvojhvězdných soustavách s tak krátkými oběžnými dobami nakonec vzájemně interagují a vyzařují gravitační vlny. Předpokládá se, že způsobují astronomické jevy, jako jsou supernovy typu Ia a kataklyzmatické proměnné hvězdy.

V budoucnu tým plánuje aplikovat svůj model na dvojhvězdné soustavy s uhlíkovo-kyslíkovými bílými trpaslíky a potenciálně získat informace o prekurzorech explozí typu Ia, přičemž zvláštní pozornost bude věnována tomu, zda realistické teploty podporují scénář tzv. dvojité degenerace, neboli sloučení.

Zdroj: https://scitechdaily.com/not-so-dead-after-all-astronomers-reveal-the-secret-behind-inflated-white-dwarfs/ a https://www.kyoto-u.ac.jp/en/research-news/2025-10-14

autor: František Martinek