Astronomové se naladili na hudbu blízké hvězdy a odhalili překvapivý objev

Analýzou jemných hvězdných vibrací odhalili vědci využívající Keckův hledač planet skryté vnitřní struktury, které zpochybňují dlouholeté modely. Astronomové využívající observatoř W. M. Kecka na ostrově Mauna Kea na Havaji se zaposlouchali do „hudby“ blízké hvězdy a odhalili překvapení, která otřásají naším chápáním fungování hvězd.

Studie využila nejnovější špičkový přístroj Keckovy observatoře, Keck Planet Finder (KPF), k detekci oscilací pulzujících ve hvězdě. Výsledky, které byly zveřejněny v časopise Astrophysical Journal, otevírají nové okno do nitra hvězd, o nichž se dříve myslelo, že jsou příliš „tiché“ na to, aby je bylo možné prozkoumat.

Hvězdná symfonie
Ačkoliv je nemůžeme přímo slyšet vlastníma ušima, hvězdy nejsou tiché. Stejně jako hudební nástroje rezonují hvězdy přirozenými frekvencemi, které mohou astronomové „slyšet“ pomocí správných nástrojů. Tento obor výzkumu – známý jako asteroseismologie – umožňuje vědcům využívat tyto frekvence ke zkoumání nitra hvězd, podobně jako zemětřesení pomáhají vědcům poznávat nitro Země, případě Měsíce a Marsu.

„Vibrace hvězdy jsou jako její specifická píseň,“ říká Yaguang Li, vedoucí autor a výzkumník z University of Hawaiʻi at Mānoa. „Poslechem těchto kmitů můžeme přesně určit, jak je hvězda hmotná, jak je velká a jak je stará.“

Až dosud byly „hvězdné písně“ zaznamenávány převážně u hvězd žhavějších než Slunce, a to pomocí vesmírných teleskopů NASA, jako jsou Kepler a TESS. Oscilace HD 219134 – chladnější, oranžově zbarvené hvězdy vzdálené pouhých 21 světelných let – jsou však příliš jemné na to, aby je bylo možné zachytit pomocí změn jasnosti, které zkoumají vesmírné teleskopy.

Přístroj KPF Keckovy observatoře přesně měří pohyb povrchu hvězdy směrem k pozorovateli a od něj. Během čtyř po sobě jdoucích nocí tým pomocí KPF shromáždil více než 2 000 velmi přesných měření rychlosti pohybů hvězdy, což jim umožnilo zachytit její vibrace v akci. Jedná se o první asteroseismické určení stáří a poloměru chladné hvězdy pomocí KPF.

„Díky rychlému režimu čtení je KPF dokonale vhodný pro detekci oscilací u chladných hvězd,“ dodal Li, „a v současné době je to jediný spektrograf na Mauna Kea, který je schopen učinit tento typ objevu.“

Zvukové vlny šířící se hvězdným nitrem byly použity k měření jejího stáří a velikosti a k charakteristice planet obíhajících kolem hvězdy. Desetisekundový zvukový klip (viz originální článek) převádí oscilace hvězdy HD219134 měřené pomocí Keckova hledače planet na slyšitelný zvuk. Hvězda pulzuje zhruba každé čtyři minuty. Když se její vnitřní vibrace zrychlí na faktor ~250 000, posunou se do oblasti citlivosti lidského sluchu. Tímto způsobem „naslouchání“ světlu hvězdy mohou astronomové zkoumat skrytou strukturu a dynamiku pod povrchem hvězdy.

Časová kapsle stará 10 miliard let
Na základě oscilací zjištěných u HD 219134 tým určil její stáří na 10,2 miliardy let, což je více než dvojnásobek stáří našeho Slunce. Tím se stala jednou z nejstarších hvězd hlavní posloupnosti, jejíž stáří bylo určeno pomocí asteroseismologie.

Toto měření je více než jen kuriozitou – má zásadní význam pro pochopení stárnutí hvězd. Astronomové používají metodu zvanou gyrochronologie k odhadu stáří hvězd na základě rychlosti jejich rotace. Mladé hvězdy rotují rychle, ale postupně se zpomalují, protože časem ztrácejí moment hybnosti.

U hvězd, jako je HD 219134, se však děje něco zvláštního: zdá se, že se jejich rotace ve vyšším věku zastavuje. Nové asteroseismické stáří umožňuje vědcům ukotvit modely na starším konci hvězdné časové osy, což pomáhá zpřesnit odhad stáří bezpočtu dalších hvězd.

„Je to jako najít dávno ztracenou ladičku hvězdných hodin,“ řekl Yaguang Li. „Dává nám to referenční bod pro kalibraci toho, jak se hvězdy otáčejí v průběhu miliard let.“

Záhada ve velikosti hvězdy
Tým také překvapivě zjistil, že HD 219134 se zdá být menší, než se očekávalo. Zatímco jiná měření pomocí interferometrie – techniky, která měří velikost hvězdy pozorováním více teleskopy – ukázala poloměr o 4 % větší, asteroseismické měření naznačuje, že jde o kompaktnější hvězdu.

Tento rozdíl je záhadný a zpochybňuje předpoklady při modelování hvězd – zejména u chladnějších hvězd, jako je HD 219134. Otevřenou otázkou zůstává, zda je tento rozdíl způsoben nerozpoznanými atmosférickými efekty, magnetickými poli nebo hlubšími problémy modelování.

Hvězda HD 219134 není osamocená – hostí rodinu nejméně pěti planet, včetně dvou skalnatých světů velikosti super-země, které přechází přes kotouček hvězdy. Díky přesnějšímu měření velikosti hvězdy byl tým schopen upřesnit velikosti a hustoty těchto planet. Jejich aktualizované hodnoty potvrzují, že tyto světy mají pravděpodobně složení podobné Zemi, s pevným, skalnatým povrchem.

Hvězdný zvuk a hledání života
Přístroje jako Keck Planet Finder umožní měření dalších hvězd, jako je HD 219134, které se v příštích desetiletích stanou středem zájmu při hledání života na jiných planetách pomocí budoucích misí NASA, jako je například Observatoř obyvatelných světů (Habitable Worlds Observatory).

„Až najdeme život na jiné planetě, budeme chtít vědět, jak je stará,“ řekl Daniel Huber, spoluautor studie. „Odpověď nám napoví poslech zvuků její hvězdy.“

Zdroj: https://keckobservatory.org/hd-219134/

autor: František Martinek