Pozorování proměnných hvězd PSO

Noční obloha patří mezi skvosty, které nám příroda nabízí. V minulosti se mnoho učenců snažilo pochopit a popsat, jestli existuje nějaký řád ve vesmíru. Vzdálené hvězdy byly pro astronomy stálice, neměnily svoji vzájemnou polohu a jasnost. Časem se ukázalo, že se tam vyskytuje několik výjimek - bludná světla (planety). Dnes víme, že to jsou tělesa obíhající kolem naší hvězdy - Slunce.
Občas se na obloze objevila i jiná světla - jasné svítící body, které astronomové považovali za nové hvězdy. Díky podrobným zápisům ze starých kronik (ať už čínských, korejských či dalších) můžeme dnes zpětně vysvětlit, co tenkrát lidé pozorovali. Zpravidla to byly supernovy - velmi hmotné hvězdy, které v posledním stadiu vývoje předvádějí velkolepé divadlo na noční (někdy i na denní) obloze.
Pravidelná pozorování přinášela další nové objevy, mezi ně patří i objev proměnných hvězd. Na úvod o nich můžeme povědět, že se jedná o objekty, které z různých důvodů mění svoji jasnost.

1) K čemu jsou (nejen) proměnné hvězdy dobré

Ve hvězdách je soustředěna nejjednodušší část hmoty obsažené ve vesmíru, vodík a hélium. V počátcích vesmíru nebylo po těžších prvcích ani vidu, ani slechu. Právě uvnitř první generace hvězd, díky termonukleárním reakcím, vznikaly těžší prvky, které se "recyklaci" dostaly do další generace hvězd, jako je třeba naše Slunce. Teprve nyní byl možný vznik planetárního systému, mnohé planety a další tělesa jsou tvořeny těžšími atomy, než je hélium. Nejde však jenom o planety. Bez těžších prvků by nevznikly ani rozmanité formy života tady na Zemi, a jak se dá předpokládat, i u jiných hvězd.

2) Co se o nich můžeme dovědět

Hvězdy svítí vlastním světlem, jejich povrch je zahřátý na teplotu řádově tisíce stupňů Celsia. Co zahřívá jejich povrch? Jsou to už zmiňované termonukleární reakce, probíhající ve středu hvězd. Uvolněná energie se pak přenáší do vyšších vrstev až k povrchu, kde se její část přemění na fotony, které dál putují vesmírem a do všech stran šíří informaci o existenci takového objektu. Právě fotony přicházející od hvězd jsou pro nás jedinou informací, kterou můžeme získat. Nicméně v nich je skryto mnoho důležitého, co se můžeme o hvězdě dovědět. V případě pozorování proměnných hvězd se tento tok fotonů mění, jinak řečeno hvězda je někdy jasnější, jindy slabší. Důvodů, proč se tak děje, je poměrně mnoho. Uvedu zde jen některé.

Mechanismy proměnnosti hvězd

a) geometrické
aa) rotující hvězdy - předpokládá se, že na povrchu některých hvězd vyskytují chladnější místa, ze kterých přichází i méně fotonů. Díky tomu, že se hvězdy otáčí kolem své osy, promítají se směrem k pozorovateli teplotně různé oblasti. Tyto změny je pak možné fotometricky zaznamenat do výsledného grafu, kterému se říká světelná křivka.

ab) zákrytové hvězdy - v tomto případě se jedná zpravidla o dvojhvězdy, které obíhají kolem společného těžiště. V případě, že rovina, ve které hvězdy obíhají, leží ve směru našeho pozorování, můžeme sledovat vzájemné zákryty hvězd. Tyto zákryty se projevují na světelné křivce jako periodické změny svítivosti.

Ukázka světelné křivky zákrytové proměnné hvězdy CC Her. Na vodorovné ose je zobrazen čas (v astronomii se používá juliánské datování), na svislé změna intenzity svítivosti (uváděna v magnitudách)

b) fyzické

ba) reálné změny v okolohvězdném materiálu - tento případ se zpravidla týká mladých hvězd, které zahájily svoji životní pouť. V jejich okolí se ještě vyskytuje velké množství prachoplynného materiálu, ze kterého hvězda vznikala. Hvězda však začala svítit vlastním světlem a právě díky tomu dochází k vzájemnému působení. Tlakem záření jsou zbytky hmoty kolem hvězdy odtlačovány pryč od hvězdy a zahřívány. Pro pozorovatele na Zemi se pak takový objekt jeví jako chaoticky svítící hvězda. Na světelné křivce jsou vidět neperiodické změny.

bb) reálné změny v podpovrchových vrstvách - příkladem takových proměnných hvězd jsou hvězdy v závěrečném stadiu vývoje, nazývané červení obři. Důsledkem narušení hydrostatické rovnováhy jsou pulsace, kdy se poměrně periodicky mění jejich velikost. S tím přímo souvisí i následné změny povrchové teploty. Tyto změny jsou pak opět fotometricky pozorovatelné.

bc) změny v jádře hvězdy - to se týká velmi hmotných hvězd (od 8 Msl a více) také v závěrečné fázi vývoje, kdy vnitřní struktura připomíná cibuli. V jednotlivých vrstvách probíhají různé termonukleární reakce. V centrální oblasti se pak vzniká železné jádro. Atomy železa se však už nemohou slučovat na další těžší prvky, tudíž v centrální části přestává působit gradient tlaku proti gravitaci a železné jádro se začíná hroutit. V určitém okamžiku se z něho stává velmi hustá látka tvořená neutrony, která vytvoří vůči dalším padajícím vrstvám hmoty nepřekonatelnou překážku. Dopadající hmota se zahřívá na obrovské teploty (kinetická energie se mění na potencionální) a v okolí kompaktního jádra dojde
k překotným termonukleárním reakcím, které rozmetají vnější obal hvězdy. Tento jev nazýváme vzplanutí supernovy, který patří k nejvíce nápadným projevům změny jasnosti hvězdy ve vesmíru.

3) Jak se pozorují

První zmínky o podivných hvězdách, které se objevovaly na obloze, pochází ze starých kronik východních zemí, jakými jsou Čína nebo Korea. Dvorní astronomové měli za úkol sledovat noční oblohu a podávat informace o různých jevech - objevy nových komet, předpovídání zatmění Slunce a Měsíce a další. Mimo jiné se v záznamech objevují informace o hvězdách - hostech. Dnes víme, že tito astronomové viděli vzplanutí supernov. V éře před používáním dalekohledu bylo objeveno jenom několik proměnných hvězd - s jasností v dosahu našeho zraku neozbrojeného dalekohledem. První zmínka je z roku 1596, kdy si astronom Fabricius všiml jasné hvězdy v souhvězdí Velryby. Teprve po několika desetiletích pozorování se podařilo prokázat, že změny jasnosti jsou periodické. Dnes je tato hvězda označována jako o Cet a je prototypem dlouhoperiodických proměnných hvězd.
S nástupem dalekohledů v astronomii se staly pozorovatelnými hvězdy, které byly našemu zraku nedostupné. Díky tomu také začal růst počet nově objevených proměnných hvězd různých typů. Dalším krokem bylo použití fotografické metody v astronomii. Tehdy se do ruky astronomů dostala objektivní metoda pro zpracování pozorování noční oblohy. I v současné době se astronomové vrací k archivním snímkům, pokud chtějí potvrdit například dlouhodobé změny u jimi zkoumaných objektů. Začátkem osmdesátých let vstupuje na scénu CCD technika - elektronický záznam obrazu. V současné době tato metoda představuje jeden z největších průlomů v astronomii. Výhodou je zrychlení zpracování dat i jejich zjednodušená archivace.

Hvězdné pole v okolí proměnné hvězdy o Ceti. Ta se stala prototypem skupiny dlouhoperiodických proměnných hvězd. Změny svítivosti jsou natolik nápadné, že jsou pozorovatelné pouhým okem.

4) Spolupráce

Proměnných hvězd je na obloze mnoho a zorientovat se v této oblasti pozorovatelské činnosti může být problematické. V mnoha případech je nejlepší se obrátit na zkušené astronomy, kteří poradí se sestavením pozorovacího programu. Mnoho informací se můžete dovědět na různých seminářích a kongresech.

5) Budoucnost

Počítače, internetová síť a rozvoj techniky přináší i do této oblasti nové možnosti. Po celém světě se staví, případně už fungují robotické dalekohledy. Jejich hlavním cílem je prohlídka celé oblohy v co nejkratším čase. Získané snímky a data jsou zpracovávána různými skupinami astronomů podle jejich zaměření. Na snímcích je možné objevit nové planetky, komety či další zajímavé objekty ve vzdáleném vesmíru. Mimo jiné se také mohou sledovat známé proměnné hvězdy či objevovat nové. Tyto systémy dalekohledů produkují ohromné množství dat. Z tohoto důvodu se zřizují tzv. virtuální observatoře, kde prostřednictvím internetu budou taková data či snímky přístupné každému zájemci k zpracování.