Rychle rostoucí bílý trpaslík astronomy překvapil

Astronomové detekovali silné rentgenové vzplanutí u hvězdy v Malém Magellanově oblaku, což je blízká trpasličí galaxie vzdálená od Země téměř 200 000 světelných roků. Kombinace rentgenového záření a viditelného světla vědcům napověděla, že zdrojem tohoto záření je hvězda typu bílého trpaslíka, která může být nejrychleji přibývajícím „na váze“ dosud pozorovanou hvězdou typu bílého trpaslíka.

Během několika miliard roků naše Slunce vyčerpá většinu svého nukleárního paliva ve svém nitru a zmenší se na mnohem menšího a slabšího bílého trpaslíka velikosti Země. Protože původní hmotnost Slunce bude nahuštěna do tak malého objemu, gravitace na povrchu bílého trpaslíka bude několik set tisíckrát větší než na Zemi.

Na rozdíl od Slunce většina hvězd včetně bílých trpaslíků nejsou osamělé stálice, ale jsou součástí binárních systémů (dvojhvězd). Jestliže se dvojice hvězd nachází v dostatečné blízkosti, gravitace bílého trpaslíka může přitahovat hmotu ze svého průvodce a „okrádat“ jej o stavební materiál.

Nová studie na základě pozorování z kosmických observatoří NASA s názvem Chandra X-ray Observatory a Neil Gehrels Swift Observatory informuje o objevu typické rentgenové emise z binárního systému obsahujícího bílého trpaslíka s názvem ASASSN-16oh. Objev zahrnuje detekci nízkoenergetického – astronomy označovaného jako „měkké“ – rentgenového záření, které uvolňuje plyn zahřátý na teploty několika set tisíc stupňů. Naproti tomu vysokoenergetické rentgenové záření je uvolňováno při teplotách několika desítek miliónů stupňů. Emise z bílého trpaslíka ASASSN-16oh je však mnohem jasnější než měkké rentgenové záření produkované v atmosférách normálních hvězd, což jej zařazuje do zvláštní kategorie super-měkkých rentgenových zdrojů.

Mnoho let si astronomové mysleli, že super-měkká rentgenová emise z bílého trpaslíka vzniká na základě jaderné fúze v horké husté vrstvě vodíku a v héliovém jádru. Tento nestálý materiál se nahromadí v důsledku pádu hmoty z hvězdného průvodce na povrchu bílého trpaslíka, což vede k explozivní jaderné fúzi, podobně jako u vodíkové bomby.

Nicméně ASASSN-16oh představuje mnohem složitější příběh. Dvojhvězda byla poprvé objevena v rámci automatické přehlídky oblohy All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASASSN), což je soubor 20 optických dalekohledů kolem celé zeměkoule vybudovaný k provádění automatické prohlídky celé oblohy v průběhu každé noci za účelem objevování supernov a dalších přechodných jevů. Astronomové následně použili kosmické observatoře Chandra a Swift ke sledování emise super-měkkého rentgenového záření.

„V minulosti byly všechny super-měkké zdroje spojovány s jadernou fúzí na povrchu bílých trpaslíků,“ říká Tom Maccarone, profesor na Texas Tech Department of Physics & Astronomy, hlavní autor článku, který byl publikován v časopise Nature Astronomy.

Pokud je jaderná fúze příčinou super-měkkého rentgenového záření z ASASSN-16oh, potom by měla začít explozí a emise by měla přicházet z celého povrchu bílého trpaslíka. Avšak data z družice Chandra ukazují, že emise přichází z malé oblasti na jeho povrchu. Zdroj je rovněž 100× slabší v oboru viditelného světla, než je známo u bílých trpaslíků, u kterých probíhá fúze na jejich povrchu. Tato pozorování poskytují jasné argumenty proti fúzi na povrchu bílého trpaslíka.

Autoři proto navrhují odlišný scénář. Jako u vysvětlení s fúzí bílý trpaslík přitahuje plyn ze svého průvodce – rudého obra. V procesu nazvaném akrece plyn proudí do velkého disku obklopujícího bílého trpaslíka a zahřívá se na vysokou teplotu, když se po spirále přibližuje k jeho povrchu, jak je to znázorněno na obrázku v úvodu článku. Plyn následně padá na bílého trpaslíka, vytváří rentgenové záření podél prstence, kde se disk setkává s hvězdou. Rychlost přítoku hmoty přes disk kolísá ve velkém rozsahu. Když hmota začne proudit mnohem rychleji, jasnost systému v oboru rentgenového záření se značně zvýší.

Bílý trpaslík zadržuje přibývající hmotu, která může dosáhnout hmotnostního limitu a exploduje jako supernova typu Ia, což je typ události, který byl použit k odhalení zrychleného rozpínání vesmíru. Analýza provedená členy týmu naznačuje, že bílý trpaslík je již mimořádně hmotný, takže ASASSN-16oh může v relativně krátké době – z astronomického hlediska – explodovat jako supernova.

„Náš závěr odporuje konsenzu posledních desetiletí o tom, jak je super-měkká rentgenová emise bílého trpaslíka produkována,“ říká Thomas Nelson z University of Pittsburgh, spoluautor článku. „Nyní víme, že emise rentgenového záření může být vytvářena dvěma různými způsoby: jadernou fúzí nebo akrecí hmoty z hvězdného průvodce.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/fast-growing-white-dwarf-surprises-astronomers/ a http://chandra.harvard.edu/photo/2018/wdac/

autor: František Martinek