Teplejší bílí trpaslíci jsou o něco nadýchanější než ti chladnější

Na základě katalogu 26 041 bílých trpaslíků pozorovaných pomocí přehlídky Sloan Digital Sky Survey (SDSS) astronomové potvrdili dlouho předpovídaný efekt u těchto starých ultrahustých hvězd. Hvězdy, které nejsou dostatečně hmotné na to, aby se na konci svého hvězdného vývoje proměnily v neutronové hvězdy nebo černé díry, vypudí své vnější vrstvy a zanechají po sobě jádra v podobě kompaktních pozůstatků známých jako bílí trpaslíci. Všechny hvězdy s počáteční hmotností od 0,07 do 8 hmotností Slunce, což je přibližně 97 % všech hvězd, končí svůj život jako bílí trpaslíci.

„Bílí trpaslíci jsou jedněmi z nejlépe charakterizovaných hvězd, s nimiž můžeme pracovat při testování těchto základních teorií běžné fyziky v naději, že možná najdeme něco bláznivého, co ukazuje na novou fundamentální fyziku,“ řekla Nicole Crumplerová, astrofyzička z Johns Hopkins University. „Pokud chcete hledat temnou hmotu, kvantovou gravitaci nebo jiné exotické věci, měli byste lépe rozumět normální fyzice. Jinak něco, co se zdá být nové, může být jen jiným projevem efektu, který už známe.“

Nový výzkum se opírá o měření vlivu těchto extrémních podmínek na světelné vlny vyzařované bílými trpaslíky. Světlo, které se od těchto masivních objektů vzdaluje, ztrácí při úniku z jejich gravitace energii a postupně zčervená. Tento efekt rudého posuvu natahuje světelné vlny jako gumu způsobem, který teleskopy dokáží změřit. Vzniká v důsledku deformace časoprostoru způsobené extrémní gravitací, jak předpovídá Einsteinova obecná teorie relativity.

Zprůměrováním měření pohybů bílých trpaslíků vůči Zemi a jejich seskupením podle gravitace a velikosti astronomové izolovali gravitační červený posuv, aby mohli změřit, jak vyšší teploty ovlivňují objem jejich plynných vnějších vrstev.

Průzkum 3 000 bílých trpaslíků, který tým provedl v roce 2020, potvrdil, že hvězdy se s přibývající hmotností zmenšují kvůli tlaku elektronové degenerace, což je kvantově mechanický proces, který udržuje jejich hustá jádra stabilní po miliardy let bez nutnosti jaderné fúze, která obvykle ovládá naše Slunce a další typy hvězd.

„Až dosud jsme neměli dostatek dat, abychom mohli s jistotou potvrdit jemnější – ale důležitý – vliv vyšších teplot na tento vztah mezi hmotností a velikostí,“ řekla Crumplerová.

„Další hranicí by mohlo být odhalení velmi jemných rozdílů v chemickém složení jader bílých trpaslíků různých hmotností,“ řekla Nadia Zakamská, astrofyzička z Johns Hopkins University. „Zatím plně nerozumíme tomu, jakou maximální hmotnost může mít hvězda, která vytvoří bílého trpaslíka, na rozdíl od neutronové hvězdy nebo černé díry. Tato stále přesnější měření nám mohou pomoci testovat a zpřesňovat teorie o tomto a dalších málo pochopených procesech ve vývoji masivních hvězd.“

„Pozorování by také mohla pomoci při pokusech o odhalení známek temné hmoty, jako jsou axiony nebo jiné hypotetické částice,“ řekla Crumplerová. „Tím, že poskytneme podrobnější obraz struktur bílých trpaslíků, bychom mohli tato data využít k odhalení signálu určitého modelu temné hmoty, který vede k interferenčnímu vzoru v naší Galaxii. Pokud se dva bílí trpaslíci nacházejí ve stejné interferenční skvrně temné hmoty, pak by temná hmota změnila strukturu těchto hvězd stejným způsobem.“

Přestože se temná hmota projevuje gravitací, nevyzařuje světlo ani energii, kterou by mohly detekovat teleskopy. Vědci vědí, že tvoří většinu hmoty ve vesmíru, protože její gravitace ovlivňuje hvězdy, galaxie a další vesmírné objekty podobným způsobem, jakým Slunce ovlivňuje dráhu naší planety.

„Tloukli jsme hlavou do zdi, když jsme se snažili přijít na to, co je temná hmota, ale řekla bych, že jsme zjistili kulový,“ řekla Crumplerová. „Víme spoustu věcí o tom, co temná hmota není, a máme omezení, co může a nemůže dělat, ale stále nevíme, co to je. Proto je pochopení jednodušších astrofyzikálních objektů, jako jsou bílí trpaslíci, tak důležité, protože dávají naději na objevení toho, co by temná hmota mohla být.“

Studie vyšla v časopise Astrophysical Journal.

Zdroj: https://www.sci.news/astronomy/hot-white-dwarfs-13522.html

autor: František Martinek