HST odhalil vzácný pozůstatek po splynutí bílého trpaslíka s hvězdou

Mezinárodní tým astronomů objevil pomocí vesmírného dalekohledu HST hvězdnou raritu: ultramasivního bílého trpaslíka, který vznikl spojením bílého trpaslíka s jinou hvězdou, nikoliv evolucí jedné hvězdy. Tento objev, který byl umožněn na základě citlivých ultrafialových pozorování dalekohledu Hubble Space Telescope, naznačuje, že tito vzácní bílí trpaslíci mohou být častější, než se dosud předpokládalo.

Bílý trpaslík je konečným stadiem hvězdy, která není dostatečně hmotná, aby explodovala jako supernova s kolapsem jádra. Přechod k bílému trpaslíku začíná, když hvězda vyčerpá zásoby vodíku ve svém jádru. Změny v jádru hvězdy a kolem něj způsobí, že odvrhne své vnější vrstvy v mohutném hvězdném výdechu, odhalí husté jádro velikosti Země, které se vyvine v bílého trpaslíka. Jádra bílých trpaslíků se skládají převážně z uhlíku a kyslíku nebo kyslíku a neonu, v závislosti na hmotnosti původní hvězdy. Slunce se stane bílým trpaslíkem přibližně za 5 miliard let.

Bílí trpaslíci mohou mít teoreticky hmotnost až asi 1,4násobku hmotnosti Slunce, ale bílí trpaslíci, kteří jsou hmotnější než Slunce, jsou vzácní. Tyto objekty, které astronomové nazývají ultramasivní bílí trpaslíci, mohou vzniknout buď evolucí jedné hmotné hvězdy, nebo spojením bílého trpaslíka s jinou hvězdou.

Nedávno astronomové pomocí Hubbleova spektrografu Cosmic Origins Spectrograph (COS) zkoumali jednu takovou ultramasivní bílou trpasličí hvězdu WD 0525+526, která je vzdálená pouhých 128 světelných let a je o 20 % hmotnější než Slunce.

Ve viditelném světle se spektrum atmosféry WD 0525+526 podobalo spektru typické bílé trpasličí hvězdy. Ultrafialové spektrum z Hubbleova teleskopu však odhalilo něco neobvyklého: stopy uhlíku v atmosféře.
Bílí trpaslíci, kteří vznikají evolucí jedné hvězdy, mají atmosféru složenou z vodíku a helia. Tyto husté atmosféry pokrývají povrch bílé trpasličí hvězdy složený z uhlíku a kyslíku nebo kyslíku a neonu a obvykle brání těmto prvkům, aby se objevily v jejím spektru.

Když se uhlík objeví ve spektru bílého trpaslíka, může to znamenat násilnější původ než typický scénář s jednou hvězdou: srážku dvou bílých trpaslíků nebo bílé trpasličí hvězdy a subgigantické hvězdy. Taková srážka může spálit vodíkovou a heliovou atmosféru srážejících se hvězd a zanechat kolem zbytku po srážce tenkou vrstvu vodíku a helia, která umožňuje uhlíku z jádra bílého trpaslíka stoupat nahoru, kde jej lze detekovat.

„Je to objev, který podtrhuje, že věci se mohou lišit od toho, jak se nám na první pohled jeví,“ řekl Boris Gaensicke z University of Warwick ve Spojeném království, hlavní výzkumník programu HST. „Doposud se to jevilo jako normální bílý trpaslík, ale Hubblovo ultrafialové oko odhalilo, že má velmi odlišnou historii, než bychom si mysleli. Je to jako položit člověku, o kterém si myslíte, že ho dobře znáte, jiný druh otázky.“

Tento objev představuje první případ, kdy byl bílý trpaslík zrozený ze srážejících se hvězd identifikován pomocí ultrafialového spektra. Před touto studií bylo pomocí uhlíkových čar v jejich spektrech viditelného světla objeveno šest produktů fúze bílých trpaslíků. Všech sedm je součástí větší skupiny, u které se na základě studie provedené v roce 2019 pomocí evropské mise Gaia ukázalo, že je modřejší, než se očekávalo vzhledem k jejich hmotnosti a stáří. Důkazy o fúzích poskytují nové poznatky o historii jejich formování.

WD 0525+526 je pozoruhodná i v rámci malé skupiny bílých trpaslíků, o nichž je známo, že jsou produktem slučujících se hvězd. S teplotou téměř 21 000 kelvinů a hmotností 1,2 hmotností Slunce je WD 0525+526 žhavější a hmotnější než ostatní bílí trpaslíci v této skupině.

Extrémní teplota WD 0525+526 představovala pro tým poněkud záhadu. U chladnějších bílých trpaslíků, jako je šest dříve objevených produktů fúze, může proces zvaný konvekce vmíchat uhlík do tenké vodíkovo-heliové atmosféry. WD 0525+526 je však pro konvekci příliš horký. Tým místo toho zjistil, že jemnější proces zvaný semikonvekce vnáší do atmosféry WD 0525+526 malé množství uhlíku. WD 0525+526 má nejmenší množství atmosférického uhlíku ze všech známých bílých trpaslíků, kteří vznikli fúzí, asi 100 000krát méně než jiné zbytky fúze.

Vysoká teplota a nízký obsah uhlíku znamenají, že identifikace tohoto bílého trpaslíka jako produktu fúze by byla nemožná bez citlivosti Hubbleova teleskopu na ultrafialové světlo; spektrální čáry prvků těžších než hélium, jako je uhlík, u žhavějších bílých trpaslíků ve viditelném spektru slábnou, ale tyto spektrální signály zůstávají jasné v ultrafialovém spektru, kde je Hubble v jedinečné pozici k jejich pozorování.

„Hubbleův spektrograf Cosmic Origins Spectrograph je jediný přístroj, který dokáže získat ultrafialovou spektroskopii vynikající kvality, která byla potřebná k detekci uhlíku v atmosféře tohoto bílého trpaslíka,“ uvedla vedoucí studie Snehalata Sahuová z University of Warwick.

Protože neobvyklý původ WD 0525+526 byl odhalen až poté, co astronomové pořídili jeho ultrafialové spektrum, je pravděpodobné, že další zdánlivě „normální“ bílí trpaslíci jsou ve skutečnosti výsledkem kosmických srážek – možnost, kterou tým s nadšením v budoucnu prozkoumá.

„Rádi bychom rozšířili náš výzkum na toto téma zkoumáním toho, jak běžní jsou uhlíkoví bílí trpaslíci a kolik hvězdných fúzí se skrývá v normální rodině bílých trpaslíků,“ řekl spoluautor studie Antoine Bedrad z University of Warwick. „To bude důležitý příspěvek k našemu pochopení dvojhvězd bílých trpaslíků a cest k explozím supernov.“

Článek byl publikován v časopise Nature Astronomy.

Zdroj: https://esahubble.org/news/heic2510/?lang

autor: František Martinek