Podařilo se vyřešit záhadu vzniku magnetaru?

ESO 015/14 tisková zpráva

Magnetary jsou podivné super-husté pozůstatky explozí supernov. Jsou to nejsilnější známé magnety ve vesmíru – milionkrát silnější než jakýkoliv magnet na Zemi. Členové týmu evropských astronomů využívající dalekohled ESO/VLT se domnívají, že se jim poprvé podařilo nalézt souputníka magnetaru. Objev by mohl vysvětlit pětatřicet let starou záhadu vzniku těchto objektů a přinést také odpověď na otázku, proč tato konkrétní hvězda nezkolabovala do černé díry, jak by astronomové očekávali.

Když hmotná hvězda při explozi supernovy kolabuje silou vlastní gravitace, vznikne buď neutronová hvězda nebo černá díra. Magnetary jsou vzácnou formou neutronových hvězd. Všechny neutronové hvězdy jsou drobné a mají mimořádnou hustotu – čajová lžička jejich hmoty by vážila miliardu tun. Magnetary však mají navíc extrémně silné magnetické pole. Při hvězdotřesení – náhlém přerovnání povrchu neutronové hvězdy působením mohutných sil v její kůře – se uvolňuje velké množství záření gama. 

Jeden ze dvou desítek známých magnetarů v naší Galaxii leží ve hvězdokupě Wersterlund 1 [1]. Hvězdokupa se nachází asi 16 tisíc světelných let od nás a na obloze ji nalezneme v jižním souhvězdí Oltáře.
 
„V jedné z našich starších prací (eso1034) jsme ukázali, že magnetar uvnitř hvězdokupy Westerlund 1 (eso0510) musel vzniknout při explozi hvězdy asi 40krát hmotnější než Slunce. To je ale problém, předpokládá se totiž, že hvězdy této hmotnosti při závěrečném kolapsu vytvoří černou díru a ne neutronovou hvězdu. Nechápali jsme, jak se z ní mohl stát magnetar,“ říká Simon Clark, hlavní autor článku oznamujícího výsledky pozorování. 

Astronomové představili možné řešení této záhady. Navrhli, že magnetar vznikl interakcí dvojice velmi hmotných hvězd obíhajících kolem sebe jako složky velmi těsné dvojhvězdy. Tak těsné, že celý původní systém by se vlezl do oblasti ohraničené oběžnou dráhou Země ve Sluneční soustavě. Až dosud se však poblíž magnetaru nepodařilo nalézt druhou složku dvojhvězdy, proto se astronomové pokusili pomocí dalekohledu VLT prohledat i další části hvězdokupy. Hledali takzvané 'hvězdy na útěku' (runaway stars) – objekty opouštějící hvězdokupu vysokou rychlostí – které mohly být vymrštěny ze své původní oběžné dráhy právě při explozi supernovy, která dala vzniknout i magnetaru. Byla objevena jedna hvězda, označovaná jako Westerlund 1-5 [2], která má právě hledané vlastnosti.

Širokoúhlý pohled na oblohu kolem hvězdokupy Westerlund 1

Hvězdokupa Westerlund 1 s vyznačenou polohou magnetaru i možné druhé složky původní dvojhvězdy

„Tato hvězda se pohybuje vysokou rychlostí, jakou bychom očekávali při odpoutání ze systému v důsledku exploze supernovy. A nejen to, v kombinaci s její nízkou hmotností, značnou svítivostí a vysokým obsahem uhlíku, se zdá být nemožné, aby vznikla jako osamocená stálice. To vše jsou silné důkazy, že se musela původně utvořit jako složka dvojhvězdy,“ dodává Ben Ritchie (Open University), spoluautor článku.

Objev vědcům umožnil rekonstruovat životní příběh hvězd, který vyústil ve vznik magnetaru, namísto černé díry [3]. V první fázi tohoto procesu začalo v nitru hmotnější složky docházet palivo. Její vnější obálky se postupně přemístily na méně hmotného souputníka, který díky tomu rotoval čím dál rychleji a byl tak předurčen stát se magnetarem. Zdá se totiž, že právě rychlá rotace hvězdy je nezbytná při vzniku extrémně silného magnetického pole magnetaru.

V další fázi se sekundární složka v důsledku přenosu hmoty sama stala tak hmotnou, že se naopak nově nabyté hmoty zbavila. Část látky se ztratila v okolním prostoru ale většina dopadla zpět na původní hmotnější složku, kterou dnes pozorujeme jako hvězdu Westerlund 1-5.

„Právě proces výměny plynu propůjčil hvězdě Westerlund 1-5 její unikátní chemické složení a umožnil snížit hmotnost souputníka na takovou úroveň, že místo černé díry vznikl magnetar – je to taková přehazovaná s kosmickými následky,“ dodává člen týmu Francisco Najarro (Centro de Astrobiología, Španělsko).

Zdá se, že při vzniku magnetaru představuje vývoj v systému dvojhvězdy velmi významnou okolnost. Rychlá rotace vyvolaná přenosem hmoty mezi složkami je nutná k vytvoření mimořádně silného magnetického pole. Druhá fáze přenosu hmoty následně umožní dostatečné 'zhubnutí' hvězdy – předchůdce magnetaru, která tak v okamžiku zániku nezkolabuje do černé díry.

Zdroj

Poznámky

[1] Otevřenou hvězdokupu Westerlund 1 objevil švédský astronom Bengt Westerlund v roce 1961 z Austrálie. Bengt Westerlund se později stal ředitelem ESO v Chile (1970-74). Hvězdokupa se nachází za mohutným oblakem mezihvězdného plynu a prachu, který blokuje většinu jejího viditelného světla (zeslabuje její jasnost až 100 000krát). Také proto trvalo velmi dlouho, než byla odhalena pravá povaha této konkrétní hvězdokupy.

Westerlund 1 je unikátní přírodní laboratoř ke studiu fyziky extrémních exemplářů hvězd, která vědcům pomáhá odhalovat, jak se vyvíjejí a zanikají ty nejhmotnější stálice v Galaxii. Na základě jejich pozorování astronomové odhadují, že tato mimořádná hvězdokupa obsahuje více než 100 tisíckrát více hmoty než Slunce a všechny její hvězdy jsou namačkány v oblasti o průměru méně než 6 světelných let v průměru. Zdá se tedy, že Westerlund 1 je dosud nejhmotnější známou mladou kompaktní hvězdokupou objevenou v naší Galaxii. 

Všechny hvězdy dosud zkoumané ve hvězdokupě Westerlund 1 mají hmotnosti 30krát až 40krát vyšší než Slunce. Protože ale takové hvězdy mají z astronomického hlediska velmi krátký život, musí být hvězdokupa Westerlund 1 opravdu mladá. Astronomové odhadují její věk na 3,5 až 5 milionů let. 

[2] Plné označení této hvězdy je Cl* Westerlund 1 W 5.

[3] Jak hvězdy stárnou, termojaderné reakce v jejich nitru postupně mění jejich chemické složení – prvků které jsou palivem pro reakce ubývá a produktů reakcí naopak přibývá. Podle tohoto ‚chemického otisku prstu‘ je každá hvězda nejprve bohatá na vodík a dusík, a chudá na uhlík. Teprve v závěrečné fázi vývoje hvězdy se obsah uhlíku zvyšuje, a naopak dochází ke snižování obsahu vodíku a dusíku. Proto se předpokládá, že není (u osamocené hvězdy) možné, aby byla zároveň bohatá na vodík, dusík i uhlík – jak tomu je u Wd1-5. 

Další informace

Výsledky výzkumu byly zveřejněny v odborném časopise Astronomy and Astrophysics v článku s názvem “A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: IV. Wd1-5 binary product and a pre-supernova companion for the magnetar CXOU J1647-45” (autorů J. S. Clark a kol.). Stejný tým publikoval první studii tohoto objektu v roce 2006 v článku “A Neutron Star with a Massive Progenitor in Westerlund 1” (autorů M. P. Muno a kol.; Astrophysical Journal, 636, L41).

Složení týmu: Simon Clark a Ben Ritchie (The Open University, UK), Francisco Najarro (Centro de Astrobiología, Španělsko), Norbert Langer (Universität Bonn, Německo; Universiteit Utrecht, Nizozemí) a Ignacio Negueruela (Universidad de Alicante, Španělsko).

Ke studiu hvězd ve hvězdokupě Westerlund 1 astronomové využili přístroj FLAMES pracující ve spojení s dalekohledem ESO/VLT (Very Large Telescope, Paranal, Chile).
 
ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy a v současnosti nejproduktivnější pozemní astronomická observatoř. ESO podporuje celkem 15 členských zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a úspěšný chod výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také vedoucí úlohu při podpoře a organizaci spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal provozuje Velmi velký teleskop (VLT), což je nejvyspělejší astronomická observatoř pro viditelnou oblast světla, a také dva další přehlídkové teleskopy. VISTA pracuje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým dalekohledem na světě, dalekohled VST (VLT Survey Telescope) je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy výhradně ve viditelné části spektra. ESO je evropským partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Pro viditelnou a blízkou infračervenou oblast ESO rovněž plánuje nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 metrů, který se stane „největším okem do vesmíru“.

Odkazy

• odborný článek
• snímky dalekohledu VLT

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Simon Clark; The Open University; Milton Keynes, United Kingdom; Tel.: +44 207 679 4372; Email: jsc@star.ucl.ac.uk

Richard Hook; ESO, La Silla, Paranal and E-ELT Press Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Email: rhook@eso.org

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso1415. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.