Radioteleskop ALMA sleduje vznik masivní dvojhvězdné soustavy

Astronomové s využitím soustavy radioteleskopů ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) pořídili jeden z dosud nejpodrobnějších trojrozměrných snímků hmotné dvojhvězdy v procesu jejího vzniku. Díky sledování pohybu dvou mladých hmotných hvězd v průběhu téměř osmi let tým zjistil, že se tato dvojice pohybuje po značně protáhlé dráze a je obklopena plynnými disky, které jsou silně nakloněné – a to jak vůči sobě navzájem, tak vůči rovině oběhu samotných hvězd. Výsledky naznačují, že tyto dvě hvězdy nevznikly společně z jediného rotujícího disku hmoty, jak se často předpokládá, nýbrž vznikly nezávisle na sobě a teprve později se setkaly při těsném gravitačním přiblížení. To odhaluje nový možný způsob vzniku těsných dvojhvězd.

Většina hmotných hvězd vzniká společně s hvězdnými průvodci a předpokládá se, že nejméně 90 % z nich existuje v podobě dvojhvězd či vícenásobných hvězdných systémů. Tyto hmotné dvojhvězdy následně výrazně přetvářejí své okolí, a to prostřednictvím výbuchů supernov a produkce těžkých prvků. Jelikož však většina známých hmotných dvojhvězd je zkoumána až dlouho po dokončení procesu jejich vzniku, měli astronomové jen málo příležitostí zachytit samotný okamžik jejich formování.

Mezinárodní tým, který vede Yichen Zhang z Shanghai Jiao Tong University se rozhodl tuto situaci objasnit studiem systému IRAS 07299−1651. Tento systém zahrnuje dvě hmotné protohvězdy – hvězdy, které stále rostou tím, že pohlcují okolní plyn a prach. Vědci se tímto systémem zabývali již v roce 2019, kdy pozorování pomocí radioteleskopu ALMA poprvé poskytla přímé údaje o dynamických vlastnostech této dvojice. Tehdy se výsledky zdály být v zásadě v souladu s běžně přijímaným modelem: dvě hvězdy vznikají společně v důsledku fragmentace jednoho velkého disku. Jeden detail však neseděl: disky kolem obou hvězd již tehdy vykazovaly zvláštní vychýlení.

Aby mohli vědci proniknout do větší hloubky, strávili téměř osm let měřením extrémně jemných změn v poloze těchto dvou hvězd na obloze – jde o techniku vyžadující mimořádnou přesnost, která však plně odpovídá možnostem radioteleskopu ALMA. „Poprvé se nám podařilo sledovat vzájemný pohyb dvou hmotných hvězd v době, kdy se teprve formovaly,“ uvedl Yichen Zhang.

Tým zkombinoval tato dlouhodobá pozorování pomocí soustavy ALMA s údaji z radioteleskopu VLA (Very Large Array) provozovaného americkou nadací National Science Foundation, a také s infračervenými snímky z Vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST) a dalekohledu VLT (Very Large Telescope) organizace ESO, které zachytily výtrysky hmoty proudící od mladých hvězd. Díky těmto společným pozorováním se týmu poprvé podařilo zrekonstruovat kompletní trojrozměrnou strukturu systému: způsob, jakým hvězdy obíhají kolem sebe, sklon jejich disků i orientaci výtrysků směřujících do okolí.

„Každý dalekohled odhalil jiný dílek skládačky,“ uvedl Rubén Fedriani, spoluautor studie. „Kombinace rádiových a infračervených pozorování poskytuje mimořádně detailní pohled na vznik tohoto hmotného protobinárního systému.“

Výsledky je překvapily. Namísto úhledné, přibližně kruhové dráhy se hvězdy pohybují po vysoce výstředné trajektorii, přičemž nejpravděpodobnější řešení odpovídají dráze blízké parabole. A namísto toho, aby byly vzájemně zarovnané – což by se očekávalo, kdyby hvězdy vznikly ze stejného disku – jsou jejich okolní disky vůči sobě i vůči samotné dráze nakloněny pod ostrým úhlem. „Připadalo mi to jako řešení trojrozměrné skládačky,“ řekl Yao Wang, hlavní autor studie. „Každé nové pozorování přidalo další dílek a nakonec do sebe dráha, disky i výtrysky hmoty zapadly a vytvořily jeden ucelený obraz.“

Tuto nesourodou a chaoticky vyhlížející strukturu je obtížné vysvětlit, pokud by obě hvězdy vznikaly společně ve stejném disku – v takovém případě by se očekávalo, že zdědí podobné a vzájemně sladěné rotační charakteristiky. Důkazy však svědčí o odlišném scénáři vzniku: obě hvězdy se pravděpodobně začaly formovat odděleně, každá ve svém vlastním oblaku plynu, než je náhodné těsné přiblížení svedlo do současné konfigurace ještě v době, kdy byly obklopeny svým mateřským oblakem. Podle modelů jejich vzájemného pohybu došlo k největšímu přiblížení hvězd jen asi 60 let před samotným pozorováním, což je v kosmickém měřítku pouhý okamžik. Zdá se, že kompaktní disky, které dnes pozorujeme, toto setkání přečkaly a zachovaly si jasně vymezenou rotační strukturu.

„Tato studie ukazuje, že počáteční fáze života hvězd může být značně chaotická a že náhodná setkání mohou vést k takovému gravitačnímu tanci a vzájemnému propojení hvězd,“ uvedl Jonathan C. Tan, spoluautor studie.

Zatím není jisté, zda tyto dvě hvězdy zůstanou trvale gravitačně vázány; jejich současný pohyb se nachází na rozhraní mezi vázanou oběžnou dráhou a dráhou, která by mohla vést k jejich vzdálení, přičemž interakce s okolním plynem mohou jejich osud ještě zvrátit jedním či druhým směrem. Jasnější odpověď v této věci napoví až budoucí pozorování.

V širším smyslu tato studie otevírá nový způsob zkoumání toho, jakým způsobem vznikají hmotné dvojhvězdy. Astronomové doufají, že díky uplatnění stejného přístupu dlouhodobého sledování u dalších mladých hmotných dvojhvězd zjistí, jak často k vytváření těchto systémů – pozorovaných napříč naší Galaxií – přispívají právě taková těsná vzájemná přiblížení, namísto společného vzniku v jediném disku.

Zdroj: https://www.almaobservatory.org/en/press-releases/alma-watches-a-massive-binary-assemble-in-real-time/

autor: František Martinek