Záhada kosmických rozstřikovačů objasněna

ESO 044/12 tisková zpráva

Neobvyklý pár starých hvězd vykouzlil pozoruhodný tvar planetární mlhoviny

Astronomové pracující s dalekohledem ESO/VLT objevili v centru jedné z nejpozoruhodnějších planetárních mlhovin dvojici vzájemně se obíhajících hvězd. Tento výsledek potvrzuje dlouho diskutovanou teorii popisující jevy, které vedou ke vzniku symetrických struktur hmoty vyvrhované do okolí. Výsledky byly publikovány 9. listopadu 2012 v odborném časopise Science.

Planetární mlhoviny [1] jsou zářícími slupkami plynu, které obklopují bílé trpaslíky – hvězdy slunečního typu v závěrečném stadiu vývoje. Mlhovina Fleming 1 je krásným příkladem tohoto typu objektu, který navíc obsahuje nápadně symetrické jety [2] vlnící se do podoby zakřivených uzlíkovitých vzorů. Mlhovina se nachází v souhvězdí Kentaura a byla objevena teprve před sto lety. Nalezla ji Williamina Flemingová [3], bývalá služebná, která prokázala výrazné astronomické nadání a následně pracovala pro Harvard College Observatory.

Astronomové již dlouhou dobu debatují o tom, jak tyto symetrické jety vznikají. Nikdy však nedospěli k jednoznačnému společnému závěru. Vědecký tým pod vedením Henri Boffina (ESO, Chile) však nyní zkombinoval pozorování mlhoviny Fleming 1 provedená pomocí dalekohledu ESO/VLT s existujícími počítačovými modely, aby mohl detailně vysvětlit, jak tyto bizarní tvary vznikly.

Členové týmu použili dalekohled ESO/VLT k analýze světla přicházejícího z centrální hvězdy mlhoviny. Objevili, že Fleming 1 neukrývá jednoho, ale dva bílé trpaslíky, kteří kolem sebe navzájem obíhají jednou za 28 hodin a 48 minut. Ačkoli dvojhvězdy byly uvnitř planetárních mlhovin pozorovány již dříve, systémy složené ze dvou bílých trpaslíků jsou velmi vzácné [4]. 

„Vysvětlení původu krásných a spletitých tvarů mlhoviny Fleming 1, ale i dalších objektů tohoto typu, bylo po dlouhou dobu kontroverzní,“ říká Henri Boffin. „Astronomové již dříve navrhovali jako možnou příčinu přítomnost dvojhvězdy. Ale vždy se domnívali, že v tomto případě by hvězdy měly být od sebe ve větší vzdálenosti a obíhat s periodou několika desítek let. Díky našim modelům a novým pozorováním, která nám umožnila detailně prozkoumat tento neobvyklý systém a pohlédnout přímo do srdce mlhoviny, jsme objevili dvojici hvězd obíhající více než tisíckrát blíže.“

Když se život hvězdy o hmotnosti až osmi Sluncí blíží ke svému konci, odvrhne své vnější obálky a začne ztrácet hmotu. To umožňuje horkému jádru intenzivněji vyzařovat energii. Dojde k uvolnění bubliny plynu, která jasně září jako planetární mlhovina.   

Zatímco hvězdy jsou kulaté, mnohé planetární mlhoviny mají nečekaně složité tvary s řadou uzlíků, filamentů a jetů hmoty, které vytvářejí spletité vzory. Ty nejpůsobivější mlhoviny – včetně Fleming 1 – obsahují bodově symetrické struktury [5]. V případě této mlhoviny to znamená, že materiál jako by proudil z obou pólů centrální oblasti a vytváří výtrysky ve tvaru písmene S. Nová studie ukázala, že tyto vzory v mlhovině Fleming 1 jsou výsledkem interakce těsné dvojice hvězd – překvapivé labutí písně hvězdného páru.  

„Toto je dosud nejkomplikovanější případ centrální dvojhvězdy, pro kterou se simulacemi podařilo správně předpovědět, jak vznikly struktury v okolní mlhovině – a jsou to v pravdě působivé útvary,“ vysvětluje spoluautor práce Brent Miszalski (SAAO a SALT, Jihoafrická republika).
 
Dvojice hvězd ve středu této mlhoviny je rozhodujícím faktorem pro vysvětlení pozorovaných struktur. Jak hvězdy stárly, zvětšoval se jejich objem – expandovaly. Po určitou dobu tak jedna ze složek plnila úlohu ‚hvězdného upíra‘, který se obklopil akrečním diskem [6]. Obě složky následně interagovaly s tímto diskem, který se díky tomu kymácel podobně jako dětská káča – vykonával tzv. precesi. A právě tento pohyb výrazně ovlivňoval chování hmoty, která byla vyvrhována například v podobě jetů z polárních oblastí systému. Tato studie potvrdila, že precese akrečního disku obklopujícího dvojhvězdný systém způsobuje dokonale symetrické struktury v planetárních mlhovinách, jako je Fleming 1.  

Velmi detailní snímky z dalekohledu VLT zároveň odhalily prstenec uzlíků uvnitř mlhoviny. Podobný prstenec hmoty byl pozorován i u jiných typů hvězdných párů a zdá se, že je průvodním znakem přítomnosti dvojhvězdy.

„Naše výsledky přinášejí další potvrzení role, kterou hraje interakce v systému dvojhvězdy při tvarování a možná i při vzniku planetární mlhoviny,“ dodává Boffin.

Zdroj

Poznámky

[1] Planetární mlhoviny nemají nic společného s planetami. Název tohoto typu objektu vznikl v 19. díky tomu, že některé z těchto mlhovin při pozorování malými dalekohledy připomínaly kotoučky vzdálených planet.

[2] Jety jsou výrony velmi rychle se pohybujícího plynu, vyvrženého z centrální oblasti planetární mlhoviny. Většinou jsou přesně směrovány – jedná se o dvojici proudů v opačném směru – a díky tomu se jen velmi málo rozptylují při svém pohybu prostorem.

[3] Mlhovina Fleming 1 je pojmenována po skotské astronomce Williamině Flemingové, která ji objevila v roce 1910. Původně pracovala jako služebná u ředitele Harvard College Observatory. Později však byla zaměstnána jako zpracovatelka astronomických dat na observatoři. Patřila ke skupině zručných harvardských počtářek – žen zaměstnaných na observatoři, aby prováděly matematické výpočty a administrativní práci. Ve své době objevila řadu astronomických objektů včetně 59 plynných mlhovin, přes 310 proměnných hvězd a 10 nov, u kterých jí byl připsán kredit objevitelky. Mlhovina Flaming 1 má také řadu dalších pojmenování a označení: PN G290.5+07.9, ESO 170-6 a Hen 2-66.

[4] Členové týmu zkoumali tyto hvězdy pomocí přístroje FORS na dalekohledu VLT (Observatoř Paranal, Chile). Jednak pořizovali snímky, ale také spektra za účelem odvození informací o pohybech hmoty v mlhovině, její teplotě a chemickém složení centrálních hvězd.

Podle provedených měření mají jednotlivé složky dvojhvězdy hmotnost v rozmezí 0,5 až 0,86 hmotností Slunce, respektive 0,7 až 1,0 hmotnosti Slunce. Členům týmu se díky analýze světla a studiu vývoje jasnosti podařilo vyloučit možnost, že by se v tomto systému vyskytovala normální hvězda. Jak kolem sebe hvězdy obíhají, změny jasnosti jsou jen velmi slabé. Normální hvězda by byla zahřívána horkým bílým trpaslíkem a vzhledem k tomu, že mu nastavuje stále stejnou část (podobně jako Měsíc Zemi), existovala by na ní jedna ‚horká a jasná‘ polokoule a druhá ‚chladná a tmavá‘. To by se projevilo nápadnějšími pravidelnými změnami jasnosti. Centrální objekt je tedy velmi pravděpodobně pár bílých trpaslíků – což je velmi exotická situace.

[5] V tomto případě má každá část mlhoviny přesný protějšek, který se nachází na opačné straně ve stejné vzdálenosti od centrální hvězdy. Stejný typ symetrie mají například hrací karty.

[6] Takový disk vzniká, když proud materiálu unikajícího z hvězdy protéká hranicí, která je známa jako Rocheův lalok. Uvnitř tohoto laloku je všechna hmota vázána gravitací k mateřské hvězdě a nemůže uniknout. Když se ale lalok naplní až po okraj, hranice je překročena a hmota přetéká pryč od hvězdy a dochází k jejímu přenosu na druhou složky dvojhvězdy (obecně na jiný blízký objekt). Kolem ní se vytváří akreční disk.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “An Interacting Binary System Powers Precessing Outflows of an Evolved Star” autorů H. M. J. Boffin a kol., který vyšel v odborném časopise Science 9. listopadu 2012.

Složení týmu: H. M. J. Boffin (European Southern Observatory, Chile), B. Miszalski (South African Astronomical Observatory; Southern African Large Telescope Foundation, Jihoafrická republika), T. Rauch (Institute for Astronomy and Astrophysics, University of Tübingen, Německo), D. Jones (European Southern Observatory, Chile), R. L. M. Corradi (Instituto de Astrofísica de Canarias; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Śpanělako), R. Napiwotzki (University of Hertfordshire, Spojené království), A. C. Day-Jones (Universidad de Chile, Chile), and J. Köppen (Observatoire de Strasbourg, Francie).

V roce 2012 si připomínáme padesáté výročí založení Evropské Jižní Observatoře (ESO). 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

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

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

Henri Boffin; ESO; Santiago, Chile; Tel.: +56 2 463 3126; Email: hboffin@eso.org

David Jones; ESO; Santiago, Chile; Tel.: +56 2 463 3086; Email: djones@eso.org

Richard Hook; ESO, La Silla, Paranal, E-ELT & Survey Telescopes Press Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso1244. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.