Aké veľké sú najmenšie hviezdy?

Ako vyzerajú tie najmenšie hviezdy? Na túto otázku je ťažké odpovedať. Hviezdy strávia väčšinu života „spaľovaním" vodíka vo svojich jadrách v epoche, ktorá sa nazýva pobyt na hlavnej postupnosti (Hertzsprung-Russellovho diagramu). Ako schádzame smerom dole v škále rozmerov hviezd na hlavnej postupnosti, nachádzame hviezdy slabšie, chladnejšie a menej hmotné. Ale určenie absolútnych vlastností najmenších hviezd – ich hmotnosť, polomer, teplota a svietivosť – to je výzva z najmenej troch hlavných dôvodov. Po prvé: tieto hviezdy sú mimoriadne slabé, dokonca aj najjasnejšie málo hmotné hviezdy produkujú len zlomok percenta žiarenia v porovnaní so Slnkom. Po druhé: ich atmosféry sú veľmi chladné, čo znamená, že tu prežije aj mnoho typov molekúl. Molekuly potom komplikujú spektrá týchto hviezd v porovnaní s ich hmotnejšími súrodencami. A nakoniec po tretie: najmenšie hviezdy majú farby a jasnosti podobné ako tzv. „nepodarené" hviezdy, ktoré astronómovia nazývajú hnedí trpaslíci. To sú hviezdy, v ktorých nemôžu prebiehať klasické termonukleárne reakcie premeny vodíka na hélium kvôli ich nízkej hmotnosti (a následkom nej nízkej teplote a tlaku v ich jadrách). Tá sa pohybuje v rozmedzí 13 – 80 hmotností Jupitera, čo predstavuje 0,013 – 0,080 hmotnosti Slnka. Pre objekty s povrchovými teplotami blízkymi 2000 K (čo je asi jedna tretina teploty Slnka – 5778 K), bolo rozhodovanie medzi normálnou hviezdou a hnedým trpaslíkom zvlášť ťažké. Teraz sa zdá, že prichádza na pomoc nová metóda, pripravená na publikovanie v časopise Astronomical Journal, ktorá umožnila nájsť jasnú deliacu čiaru medzi „ozajstnými" a „nepodarenými" hviezdami. Sergio Dieterich (Georgia State University) s kolegami zozbierali množstvo dát o 63 blízkych málo hmotných hviezdach a hnedých trpaslíkoch. Tím meral veľmi precízne vzdialenosti týchto objektov spolu s ich farbami na viacerých optických a infračervených vlnových dĺžkach. Skombinovaním vzdialeností, farieb a jasností v každom filtri, boli schopní zistiť pre každý objekt jeho teplotu, polomer a svietivosť porovnaním týchto meraných údajov s ich očakávanými hodnotami z modelov ako majú vyzerať hviezdy hlavnej postupnosti. Astronómovia overili svoju metódu porovnaním svojich vypočítaných rozmerov s hŕstkou polomerov nameraných priamou metódou použitím interferometrie s veľmi dlhou základňou, čo je metóda umožňujúca astronómom spojiť viacero ďalekohľadov (či rádioteleskopov) na dosiahnutie vysokého uhlového rozlíšenia. Polomer hviezdy (alebo hnedého trpaslíka) závisí na jej jasnosti a povrchovej teplote. Dieterichov tím preskúmal rozdelenie objektov podľa závislostí polomer-svietivosť a polomer-teplota a hľadal medzeru v polomeroch, ktorá by značila deliacu čiaru medzi najmenšími normálnymi hviezdami a najväčšími hnedými trpaslíkmi. Astronómovia očakávali, že táto medzera existuje, pretože hoci polomery hviezd a hnedých trpaslíkov majú závislosti na ich svietivostiach a teplotách, tieto závislosti sú opačné: ak zvyšujete hmotnosť hviezdy, mal by sa zväčšovať jej rozmer, v prípade hnedého trpaslíka sa však jeho polomer zmenšuje. A hranica bola naozaj pri tomto výskume objavená. „Vidíme, že polomer sa zmenšuje so zmenšujúcou sa teplotou, ako sa očakávalo pre hviezdy, pokiaľ sa nedostaneme k teplote okolo 2100 K," hovorí Dieterich. „Tu vidíme medzeru bez akýchkoľvek objektov a potom sa polomer začína s klesajúcou teplotou zväčšovať, ako sme očakávali pre hnedých trpaslíkov." „Teraz môžeme povedať, že v bode s teplotou 2100 K, polomerom 0,087 polomeru Slnka a so svietivosťou 1/8000 (0,000125) svietivosti Slnka končí hlavná postupnosť," dodáva spoluautor práce Todd Henry (Georgia State University). „A môžeme teraz aj identifikovať konkrétnu jednotlivú hviezdu s označením 2MASS J0513–1403 ako reprezentanta najmenších normálnych hviezd." Určenie hranice medzi hnedými trpaslíkmi a hviezdami je zaujímavé nielen pre tých, ktorí študujú tieto objekty, ale je dôležité aj pri hľadaní nových exoplanét. Málo hmotné hviezdy sa stali atraktívnejšími cieľmi hľadania planét z mnohých dôvodov. Je ich veľa, majú dlhý život a obývateľné zóny majú k sebe bližšie než hmotnejšie hviezdy. To často umožňuje ľahšie objaviť vo vnútri týchto zón planéty. Ale hnedí trpaslíci časom postupne chladnú, takže by boli pre planéty zlými hostiteľmi – len si predstavte, čo by sa stalo na Zemi, ak by napríklad naše Slnko za každých 100 miliónov rokov vychladlo o 20 percent! Lovci exoplanét teraz môžu použiť tieto nové výsledky a ignorovať zamaskovaných hnedých trpaslíkov tváriacich sa ako malé hostiteľské hviezdy a obmedziť svoje hľadanie na systémy s planétami, ktoré by skutočne mohli byť obývateľné počas niekoľkých miliárd rokov.

Publikované v časopise QUARK, marec 2014, RNDr. Zdeněk Komárek