Štikútajúci biely trpaslík

Pozorovania dvoch chladných bielych trpaslíkov ukazujú nepravidelné erupcie v inak stabilnom rytme pulzácií týchto hviezd. Štikútanie – tento pojem prichádza na um, keď človek rozmýšľa o správaní sa hviezd, ktoré astronómovia videli po prvý raz v prípade dvoch starých hviezd - pulzujúcich bielych trpaslíkov. Pulzujúci bieli trpaslíci typu ZZ Cet sú typom, kde sa bieli trpaslíci zjasňujú a zoslabujú v pravidelnom rytme. Ten môže byť spoľahlivý ako hodinky. Ale J. J. Hermes (University of Warwick, Veľká Británia) a Keaton Bell (University of Texas, Austin, USA) so spolupracovníkmi informujú v augustovom vydaní časopisu Astrophysical Journal a v septembrovom čísle Astrophysical Journal Letters, že pozorovali mohutné erupcie u dvoch takýchto normálne pravidelne pulzujúcich hviezd. Astronómovia študovali pulzujúcich bielych trpaslíkov od 60-tych rokov minulého storočia. Pomocou spektier a zmien jasnosti v závislosti na čase boli schopní určiť hmotnosť, polomer, rýchlosť rotácie okolo osi, chemické zloženie a vnútornú štruktúru týchto hviezd. Avšak kvôli počasiu a rotácii Zeme boli vedci schopní študovať správanie sa týchto hviezd len ak dali dohromady jednotlivé pozorovania z jasných nocí z pozemských ďalekohľadov. Pritom sa nedá vyhnúť medzerám v pozorovaniach. Hermes a jeho kolegovia si zaumienili pozorovať tieto hviezdy s oveľa menej prerušeniami pomocou Keplerovho kozmického ďalekohľadu. Kozmický ďalekohľad Kepler obieha na dráhe okolo Slnka po dráhe podobnej zemskej. Jeho pôvodná misia mala za úlohu sledovať takmer nepretržite oblasť oblohy v blízkosti súhvezdia Labute a monitorovať jasnosť približne 150 000 hviezd (niekoľko z nich bolo pulzujúcich bielych trpaslíkov typu ZZ Cet) a hľadať exoplanéty. Avšak, keď zamrzol jeden z gyroskopov „Keplera", ďalekohľad už nemohol spoľahlivo udržať svoju pôvodnú polohu. Kepler potom zameral svoju pozornosť do galaktickej roviny a svoju polohu teraz nastavoval približne raz za 82 dní, pričom sa stabilizoval pomocou zvyšných dvoch gyroskopov a tlaku žiarenia zo Slnka. Namiesto monitorovania všetkých hviezd v určitej pevnej oblasti oblohy, misia ďalekohľadu Kepler nazývaná K2 pozorovala ciele v niekoľkých rôznych zorných poliach vrátane niektorých pulzujúcich bielych trpaslíkov. Astronómovia dúfali, že tieto pozorovania použijú na lepšie pochopenie toho, čo sa stane v horúcom a extrémne hustom jadre hviezd typu ZZ Cet. Zvlášť chceli vedieť prečo tieto hviezdy zastavia svoje pulzácie ak ich povrchová teplota klesne pod 10 800 K. Obyčajní bieli trpaslíci začínajú pulzovať keď sa ich vodíková atmosféra ochladí z počiatočných približne 100 000 K na približne 12 600 K (poznamenajme, že teplota viditeľného „povrchu" Slnka, tzv. fotosféry je zhruba 5800 K). Ich vodíková atmosféra sa stane zmesou ionizovaných a neutrálnych vodíkových atómov a táto zmes zadržiava a uvoľňuje energiu v pravidelných intervaloch niekoľkých minút, čo poháňa pulzácie rezonujúce hviezdou. To bielych trpaslíkov zjasňuje a zoslabuje o niekoľko percent v pravidelných taktoch, podobne ako je dýchanie človeka, v rade frekvencií a intenzít závislých od geometrie hviezdy. Hviezda pokračuje v pomalom chladnutí a keď jej teplota klesne pod 10 800 K, prestane pulzovať. Pomocou údajov z Keplera tím sledoval jedného pulzujúceho bieleho trpaslíka, KIC 4552982, viac než rok a pol. Ten sa stal najdlhšie takmer spojite pozorovaným bielym trpaslíkom typu ZZ Cet. V rozšírenej K2 misii tím astronómov pozoroval aj druhého bieleho trpaslíka, PG 1149+057, a to približne dva a pol mesiaca (čo je najdlhší čas, ktorý môže teraz Kepler sledovať jedno pole). Teploty oboch hviezd sú okolo 11 000 K, nižšie než má väčšina už skôr študovaných pulzujúcich bielych trpaslíkov a niekoľko stoviek stupňov nad hranicou, pri ktorej sa zastavujú pulzácie. Biely trpaslík PG 1149+057 pravidelne pulzuje (na grafe červená farba), ale niekedy nastane erupcia (zelená farba). Takáto erupcia bola doteraz pozorovaná pri dvoch pulzujúcich bielych trpaslíkoch a astronómovia plánujú nájsť viacero príkladov. Ale „štikútanie" dokonca niekedy prerušilo „dýchanie" trpaslíkov. Cez očakávané vrcholy a poklesy jasnosti každých niekoľko minút sa objavili sporadické zvýšenia jasnosti trvajúce niekoľko hodín. Pravidelné pulzácie zmenili jasnosť hviezdy o 1% až 3%, ale erupcia v prípade KIC 4552982 bola 2% až 17% nad normu a „štikútanie" PG 1149+057 kulminovalo až 45% nad strednou jasnosťou hviezdy. Žiadna z predtým pozorovaných hviezd typu ZZ Cet nevykazovala takéto správanie. Bell, Hermes a ich spolupracovníci si mysleli, že erupcie ovplyvnia rozdelenie pulzačných frekvencií nameraných pri týchto dvoch hviezdach. Hoci príčina erupcií ostáva neistá, vedci uvažujú, že tieto „štikútania" v jasnosti sú možno niečo podobné ako posledné „lapanie po vzduchu" a predchádzajú prípadnému vypnutiu pulzácií v prípade chladných pulzujúcich bielych trpaslíkov. V budúcich kampaniach misie K2 je omnoho viac hviezd typu ZZ Cet vhodných na pozorovanie kozmickým ďalekohľadom Kepler. Takže držme ďalekohľadu palce, aby naďalej fungoval a aby ním astronómovia boli schopní študovať seizmológiu pulzujúcich bielych trpaslíkov. Ak objavia viacero erupcii takýchto hviezd, môže to napomôcť pochopeniu toho, prečo tieto hviezdy dostávajú spomínané „štikútanie".

Publikované v časopise QUARK, november 2015, RNDr. Zdeněk Komárek