Tikající hvězdná časovaná bomba

ESO 043/09 tisková zpráva

Astronomové našli hlavní podezřelou pro budoucí supernovu typu Ia

Díky schopnosti teleskopu ESO/VLT získat snímky tak ostré, jako by se nacházel ve vesmíru, vytvořili astronomové první video-sekvenci velmi neobvyklé obálky vyvržené ‘upíří hvězdou’, která v listopadu 2000, poté co pohltila část hmoty svého průvodce, výrazně zjasnila. To astronomům umožnilo určit vzdálenost a skutečnou jasnost vybuchujícího objektu. Zdá se, že se jedná o dvojhvězdný systém, který je vhodným kandidátem na supernovu typu Ia, specifický typ supernovy používaný v kosmologii například při studiu temné energie.

„Jedním z hlavních problémů současné astrofyziky je fakt, že dosud přesně nevíme, jaký typ hvězdného systému je původcem supernov typu Ia,“ říká Patrick Woudt z Univerzity v Kapském městě, vedoucí autor článku. „To je velmi nepříjemné, neboť tyto supernovy hrají kritickou úlohu při prokazování zrychlujícího se rozpínání vesmíru v důsledku přítomnosti mysteriózní temné energie.“  

Astronomové studovali s vysokým rozlišením objekt známý jako V445 v souhvězdí Lodní záď (Puppis). Jedná se o zatím jedinou známou novu, u které nebyl identifikován žádný vodík, a mohlo by se tedy jednat o první pozorovaný případ zjasnění způsobeného héliem na povrchu bílého trpaslíka. „To je velmi důležitý poznatek, jelikož víme, že i supernovy Ia jeví nedostatek vodíku. Sekundární složka V445 chudá na vodík, ukládající na povrchu bílého trpaslíka převážně hélium, do tohoto modelu pasuje velmi dobře,“ říká spoluautor Danny Steeghs z univerzity ve Warwicku (UK).
 
V listopadu 2000 prodělal tento systém zjasnění – vybuchl jako nova. Přitom zvýšil svoji jasnost asi 250krát a do svého okolí odvrhl velké množství hmoty.
  
Díky použití systému adaptivní optiky NACO [1] na dalekohledu ESO/VLT získali astronomové v průběhu dvou let velmi ostré snímky V445. Záběry ukazují bipolární obálku se dvěma laloky a centrálním zúžením. Na obou koncích obálky jsou patrné uzlíky, které se pohybují rychlostí asi 30 milionů km za hodinu. Obálka sama, mimochodem dosud nepozorovaná u jiných nov, se rozpíná rychlostí asi 24 milionů km/h. Centrální hvězdy jsou zakryty mohutným prachovým diskem, který musel vzniknout právě při posledním zjasnění.

„Neuvěřitelného rozlišení – kolem 0,1 úhlové vteřiny, což odpovídá úhlové velikosti mince 1 Euro pozorované na vzdálenost 40 km – je možné dosáhnout pouze díky technologii adaptivní optiky, použité na velkých pozemních dalekohledech, jako je například ESO/VLT,“ říká Steeghs.
 
Supernova je jednou z možností, jak hvězda může ukončit svůj život v podobě grandiózního ohňostroje. Supernov je ale několik druhů. Jeden z nich, označovaný jako Ia, je středobodem zájmu kosmologů, jelikož se využívá jako takzvaná 'standardní svíčka'. Ta umožňuje měřit vzdálenosti ve vesmíru [2] a potažmo může být použita ke stanovení hodnoty zrychlení expanze vesmíru řízené temnou energií. 

Určující charakteristikou supernovy typu Ia je nepřítomnost vodíkových čar ve spektru, indikující nedostatek vodíku. Vodík je ale nejhojnějším prvkem ve vesmíru. Supernovy tohoto typu pravděpodobně vznikají ve dvojhvězdném systému, kde jedna ze složek je závěrečným vývojovým stadiem Slunci podobné hvězdy – bílým trpaslíkem [3]. Jakmile takový bílý trpaslík, který jako upír vysává hmotu ze svého souputníka, překročí určitou hmotnost [4], stane se nestabilním a exploduje jako supernova.   

Hromadění materiálu není nijak jednoduchý proces. Trpaslík postupně vysává svoji oběť a hmotu ukládá na svém povrchu. Když tato slupka příliš zhoustne, stane se nestabilní a vybuchne jako nova. Tyto kontrolované miniexploze odvrhnou část nahromaděné hmoty do okolního prostoru. Klíčovou otázkou tedy je, jestli bílý trpaslík může přibývat na hmotnosti i přes občasné výbuchy (jako nova). Jinými slovy, jestli část materiálu vždy na povrchu zůstane, až trpaslík nakonec ztloustne natolik, že exploduje (jako supernova).  

Díky kombinaci záběrů přístroje NACO s daty získanými pomocí řady dalších teleskopů [5] mohli astronomové stanovit vzdálenost systému a jeho absolutní jasnot. Dvojhvězda se nachází cca 25 000 světelných let od Slunce a je 10 000krát jasnější. To ukazuje, že bílý trpaslík v tomto systému je velmi blízko konečného hmotnostního limitu a přitom stále vysokou rychlostí nabírá další hmotu ze svého průvodce. „Stále není jasné, zda V445 exploduje jako supernova, a nebo současné výbuchy v podobě novy odvrhly příliš mnoho materiálu zpět do vesmíru a tento scénář tak vyloučily“, říká Woudt. „Každopádně máme před sebou velmi vážného podezřelého na to, aby se v budoucnu supernovou Ia opravdu stal.“
 

Zdroj

 
Poznámky

[1] Adaptivní optika je technika umožňující astronomům získat z povrchu Země záběry s minimalizovaným rozmazáním vlivem turbulencí v zemské atmosféře. Pro detailní informace viz stránka ESO věnovaná adaptivní optice.

[2] Viz například: http://www.eso.org/~bleibund/papers/EPN/epn.html

[3] Bílý trpaslík představuje konečnou fázi vývoje hvězd s hmotností až několika Sluncí. Jedná se o pozůstatek vyhořelého hvězdného jádra odhalený poté, co hvězda na závěr svého života odvrhne vnější obálku (a vytvoří kolem sebe planetární mlhovinu). Bílý trpaslík je složen převážně z atomů uhlíku a kyslíku.

[4] Kritická hmotnost bílého trpaslíka, asi 1,4 násobek hmotnosti Slunce, bývá označována jako Chandresekharova mez (po svém objeviteli, kterým byl indický fyzik Subrahmanyan Chandrasekhar). Jakmile bílý trpaslík tuto hranici překročí, stane se 'termonukleární bombou' – vytvoří se takové podmínky, při kterých se uhlík a kyslík explozivně spálí termojadernou reakcí.

[5] Tým také použil zařízení SOFI na ESO/NTT (New Technology Telescope), spektrograf IMACS na Magellan Baade teleskopu o průměru 6,5 m a také ISF (Infrared Survey Facility) i kameru SIRIUS na stanici Sutherland (JAR, South African Astronomical Observatory).
 
Další informace
 
Výzkum byl prezentován v článku 'The expanding bipolar shell of the helium nova V445 Puppis' od P. A. Woudta a kol., který vyšel 20. listopadu v časopise Astrophysical Journal, vol. 706, p. 738.

Složení týmu: P. A. Woudt a B. Warner (University of Cape Town, South Africa), D. Steeghs a T. R. Marsh (University of Warwick, UK), M. Karovska a G. H. A. Roelofs (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge MA, USA), P. J. Groot a G. Nelemans (Radboud University Nijmegen, the Netherlands), T. Nagayama (Kyoto University, Japan), D. P. Smits (University of South Africa, South Africa) a T. O’Brien (University of Manchester, UK).

ESO (Evropská jižní observatoř) je mezinárodní evropskou organizací pro astronomii. Jejími členy (14) jsou: Belgie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemí, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO má za cíl vývoj, konstrukci a provoz výkonných pozemních dalekohledů, jenž zpřístupní astronomům významné vědecké objevy. ESO také hraje přední roli v astronomickém výzkumu a mezinárodní spolupráci. V současnosti provozuje světově jedinečné observatoře, jež se nacházejí na poušti Atacama Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Paranalu ESO provozuje nejvyspělejší pozemní dalekohled pracující ve viditelném světle – Velmi velký dalekohled (VLT). Zároveň je ESO evropským zástupcem  největšího astronomického projektu všech dob – teleskopu ALMA. V současnosti ESO plánuje výstavbu Evropského extrémně velkého dalekohledu (E-ELT), který bude mít průměr primárního zrcadla 42 metrů. Bude pracovat ve viditelném a infračerveném oboru a stane se největším dalekohledem světa.

Odkazy

• odborný článek: http://arxiv.org/abs/0910.1069

Kontakty

Patrick Woudt; University of Cape Town, South Africa; Phone: +27 21 650 5830; E-mail: Patrick.Woudt (at) uct.ac.za

Danny Steeghs; University of Warwick, UK; Phone: +44 (0)2476 573873; Mobile: +44 (0)78 45555979; E-mail: D.T.H.Steeghs (at) warwick.ac.uk

ESO La Silla - Paranal - ELT Press Officer: Henri Boffin - +49 89 3200 6222 - hbofin@eso.org

ESO Press Officer in Chile: Valeria Foncea - +56 2 463 3123 - vfoncea@eso.org

Překlad: Jiří Srba, Hvězdárna Valašské Meziříčí

Národní kontakt: Pavel Suchan +420 267 103 040; suchan@astro.cz