Poslední polibek hvězdné dvojice skončí katastrofou

ESO 040/15 tisková zpráva

Pomocí dalekohledu VLT se podařilo odhalit nejžhavější a nejhmotnější dotykovou dvojhvězdu

Mezinárodnímu týmu astronomů se s pomocí dalekohledu ESO/VLT podařilo objevit nejžhavější a nejhmotnější exemplář dotykové dvojhvězdy, tady takové, kde jsou složky tak blízko k sobě, že se doslova dotýkají navzájem. Hvězdy v tomto mimořádném systému s označením VFTS 352 však směřují k neodvratnému a dramatickému zániku, během kterého buď splynou v jednu obří hvězdu, nebo vytvoří dvojitou černou díru.

Dvojhvězda VFTS 352 se nachází asi 160 tisíc světelných let od nás v nitru známé mlhoviny Tarantula [1]. Tato pozoruhodná oblast patří k místům s nejaktivnějšími procesy tvorby nových hvězd v nedalekém vesmíru. Nová pozorování provedená pomocí dalekohledu ESO/VLT [2] odhalila, že tento pár mladých hvězd patří k nejextrémnějším a nejpodivnějším systémům, jaké známe.

Systém VFTS 352 tvoří dvojice velmi horkých, jasných a hmotných hvězd, které kolem sebe obíhají s periodou jen o něco delší než jeden den. Středy hvězd od sebe dělí vzdálenost pouhých 12 milionů kilometrů [3]. To je ve skutečnosti tak blízko, že jejich povrchy splývají a mezi hvězdami se vytváří most, který je spojuje. VFTS 352 je dosud nejhmotnějším známým exemplářem malé skupiny kontaktních hvězd se společnou obálkou (overcontact binaries) – celková hmotnost systému je 57krát vyšší než hmotnost Slunce. Zároveň tento systém obsahuje nejžhavější složky ze všech známých – jejich povrchová teplota přesahuje 40 000° C.

Extrémní hvězdy, jako je dvojice v systému VFTS 352, hrají klíčovou úlohu ve vývoji galaxií a předpokládá se, že patří k hlavním producentům chemických prvků, jako je kyslík. Tyto dvojhvězdy mají přímý vztah také k podivnému chování, jaké vykazují například takzvané 'upíří hvězdy', kde menší ze složek dvojhvězdy vysává hmotu z povrchu většího souseda (eso1230). 

V případě systému VFTS 352 však mají obě složky prakticky stejnou velikost. Místo toho, aby jedna vysávala druhou, naopak část hmoty v podstatě sdílejí [4]. Vědci odhadují, že složky VFTS 352 sdílejí až 30% hmoty. 

Takový systém je však pravděpodobně velmi vzácný, neboť tato fáze vývoje dvojhvězdy trvá jen krátce, a je tedy velmi obtížné dvojhvězdu v tomto období zachytit. Jelikož jsou hvězdy tak blízko k sobě, astronomové se domnívají, že silné slapové působení vede rovněž ke zvýšenému promíchávání hmoty ve hvězdných nitrech.  

„VFTS 352 je dosud nejlepším známým příkladem horké hmotné dvojhvězdy, která by moha vykazovat tento typ promíchávání nitra,“ vysvětluje vedoucí autor práce Leonardo A. Almeida (University of São Paulo, Brazílie). „A právě proto je to fascinující a důležitý objev.“

Astronomové předpovídají, že dvojhvězda VFTS 352 bude v budoucnu čelit katastrofickému zániku a mají pro něj dva možné scénáře. Prvním je úplné spojení dvou hvězd, jehož pravděpodobným následkem bude vznik rychle rotující gigantické hvězdy se silným magnetickým polem. „Pokud by si taková hvězda udržela vysokou rychlost rotace, mohla by svůj život zakončit v podobě jedné z nejmohutnějších explozí ve vesmíru – výbuchem supernovy doprovázeným dlouho trvajícím zábleskem gama [5],“ říká Hugues Sana (University of Leuven in Belgium), vedoucí vědecký pracovník projektu.

Druhou možnost vysvětluje Selma de Mink (University of Amsterdam), vedoucí teoretický astrofyzik projektu: „Pokud jsou nitra hvězd v systému VFTS 352 dostatečně promíchána, zůstanou obě hvězdy kompaktními objekty a vyhnou se tak vzájemnému spojení. To může vést k tomu, že objekty nastoupí cestu vývoje, která je naprosto odlišná od klasických předpovědí pro běžné hvězdy. V případě VFTS 352 obě složky pravděpodobně zakončí svůj život explozí supernovy a vznikne tak těsný systém dvou černých děr. A takto pozoruhodný objekt by byl intenzivním zdrojem gravitačních vln.“   

Potvrzení existence druhého evolučního scénáře by bylo v oblasti hvězdné astrofyziky průlomovým pozorováním. Bez ohledu na to, jaký osud dvojhvězdu VFTS 352 čeká, poskytl tento systém astrofyzikům cenný nový pohled na vývojové procesy v kontaktních dvojhvězdách se společnou obálkou, kterým zatím rozumí jen málo.

Zdroj

Poznámky

[1] Označení hvězdy indikuje, že byla pozorována v rámci přehlídkového programu VLT FLAMES Tarantula Survey, který využívá přístroje FLAMES a GIRAFFE na dalekohledu ESO/VLT (Very Large Telescope) ke studiu 900 hvězd v oblasti 30 Doradus ve Velkém Magellanově oblaku (Large Magellanic Cloud, LMC). Tato přehlídka již přinesla celou řadu důležitých objevů včetně nejrychleji rotující hvězdy (eso1147), extrémně hmotné rychle se pohybující hvězdy a osamocené velmi hmotné hvězdy (eso1117). Pomáhá tak zodpovědět řadu základních otázek vývoje hmotných hvězd a jeho vztahu k rotaci či podvojnosti a případně k dynamice hustých hvězdokup.      

[2] Ve studii byla rovněž použita měření jasnosti hvězdy VFTS 352 v období 12 let provedená v rámci přehlídkového projektu OGLE.

[3] Obě složky jsou spektrálního typu O (O-type stars). Tyto hvězdy jsou typicky 15krát až 80krát hmotnější než Slunce a mohou být až milionkrát jasnější. Jsou rovněž velmi horké (s povrchovou teplotou až 30 tisíc K) a svítí jasným modrobílým světlem.

[4] Tyto oblasti v okolí hvězd jsou známy jako Roscheovy laloky (Roche lobes). V případě VLTS 352 (a dalších hvězd se společnou obálkou) obě hvězdy plně vyplňují svůj Roscheův lalok.

[5] Gama záblesky (Gamma-ray Bursts, GRBs) jsou krátké intenzivní záblesky vysoce energetického elektromagnetického záření, které je detekováno pomocí družic. Rozeznáváme dva typy: krátké (s délkou kratší než několik sekund) a dlouhé. Dlouhé gama záblesky jsou častější a předpokládá se, že doprovázejí závěrečné fáze zániku hmotných hvězd, jsou tedy spojeny s jednou třídou explozí supernov.  

[6] Gravitační vlny, předpovězené Einsteinovou obecnou teorií relativity, představují periodické vlnění samotného prostoročasu. Vznikají v místech, kde dochází k extrémně rychlých změnám v gravitačním poli, například při splynutí dvou černých děr (nebo jiných kompaktních objektů).

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “Discovery of the massive overcontact binary VFTS 352: Evidence for enhanced internal mixing” autorů L. Almeida a kol., který byl zveřejněn ve vědeckém časopise Astrophysical Journal.

Složení týmu: L.A. Almeida (Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland, USA; Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas, Universidade de São Paulo, Brazílie), H. Sana (STScI, Baltimore, Maryland, USA; KU Leuven, Belgie), S.E. de Mink (University of Amsterdam, Nizozemí), F. Tramper (University of Amsterdam, Nizozemí), I. Soszynski (Warsaw University Observatory, Polsko), N. Langer (Universität Bonn, Německo), R.H. Barba (Universidad de La Serena, Chile), M. Cantiello (University of California, Santa Barbara, USA), A. Damineli (Universidade de São Paulo, Brazílie), A. de Koter (University of Amsterdam, Nizozemí; Universiteit Leuven, Nizozemí), M. Garcia (Centro de Astrobiologa (INTA-CSIC), Španělsko), G. Gräfener (Armagh Observatory, UK), A. Herrero (Instituto de Astrofsica de Canarias, Španělsko; Universidad de La Laguna, Španělsko), I. Howarth (University College London, UK), J. Maíz Apellániz (Centro de Astrobiologa (INTA-CSIC), Španělsko), C. Norman (Johns Hopkins University, USA), O.H. Ramírez-Agudelo (University of Amsterdam, Nizozemí) a J.S. Vink (Armagh Observatory, UK).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• odborný článek (Astrophysical Journal)
• preprint článku (volně ke stažení)
• 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

Leonardo Almeida; Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG/USP); São Paulo, Brazil; Tel.: +55 011 3091 2818; Email: leonardodealmeida.andrade@gmail.com

Hugues Sana; University of Leuven; Leuven, Belgium; Tel.: +32 (0) 16 32 19 36; Email: hugues.sana@kuleuven.be

Selma de Mink; University of Amsterdam; Amsterdam, The Netherlands; Tel.: +31 (0) 6 11 12 15 13; Email: S.E.deMink@uva.nl

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org