Dvojhviezdy typu AM CVn a gravitačné vlny

  • Marcel Škreka | 14 Január 2014
    Stelárna astronómia
Ilustrácia znázorňuje predpokladaný vývoj dvojhviezdy pozostávajúcej z dvoch rôzne hmotných bielych trpaslíkov. Podrobnejší popis obrázka je v texte. Kredit: Illustration: NASA/CXC/M.Weiss
V polovici minulého storočia bola v súhvezdí Poľovných psov objavená neobyčajná hviezda. O niekoľko rokov neskôr astronómovia zistili, že tento objekt zvaný AM CVn tvoria v skutočnosti 2 hviezdy. Hviezdy obiehajú okolo spoločného ťažiska v perióde 18 minút a predpokladá sa, že by mohli generovať gravitačné vlny predpovedané A. Einsteinom.

Menom hviezdy AM CVn sa v súčasnosti označuje celá skupina objektov, v ktorých jeden biely trpaslík kradne hmotu z druhej taktiež kompaktnej zložky dvojhviezdy - ďalšieho bieleho trpaslíka. Rozmery bielych trpaslíkov sú porovnateľné s rozmerom Zeme. Sú to husté pozostatky po vývoji Slnku podobných hviezd. Dvojhviezdy typu AM CVn sa obiehajú extrémne rýchlo. Ich periódy sú v rozmedzí 1 hod. až 5 minút. (Na porovnanie planéte Merkúr trvá jeden obeh okolo Slnka 88 dní.)

Napriek tomu, že tieto hviezdy sú známe už takmer 50 rokov, stále je otázne, odkiaľ sa vzali. Na túto otázku pomáhajú odpovedať najnovšie röntgenové a optické pozorovania, a to objavom prvých známych dvojhviezd, o ktorých si astronómovia myslia, že sa v budúcnosti vyvinú do systémov typu AM CVn.

Dva binárne systémy známe ako J0751 a J1741 boli skúmané vesmírnym ďalekohľadom Chandra a XMM-Newton v röntgene a optické pozorovania boli vykonané na 2,1m ďalekohľade McDonaldovho observatória v Texase a 1m ďalekohľade observatória na Mt. John na Novom Zélande.

Ilustrácia zobrazuje ako vyzerajú skúmané systémy v súčasnosti a ako môže pokračovať ich vývoj. Horný obrázok znázorňuje súčasný stav dvojhviezdy pozostávajúcej z jedného bieleho trpaslíka s 1/5 hmotnosti Slnka (vpravo) a približne 5 krát hmotnejšieho bieleho trpaslíka (vľavo). (Na rozdiel od Slnku podobných hviezd sú ťažšie biele trpaslíky menšie).

Keď biele trpaslíky obiehajú okolo seba, vyžarovanie energie v podobe gravitačných vĺn spôsobí ich približovanie, teda aj skracovanie obežnej periódy. Ako je ukázané na strednom obrázku, v určitom štádiu začne menšia hmotnejšia hviezda kradnúť hmotu svojmu menej kompaktnému susedovi a vzniká dvojhviezda typu AM CVn. Tento proces pokračuje ešte ďalších približne 100 miliónov rokov, kým hmotnejšia zložka nenabalí množstvo hmoty dostatočné k explozívnemu zapáleniu termonukleárnej reakcie.

Jednou z možností je, že termonukleárny výbuch úplne zničí väčšieho bieleho trpaslíka. Tento úkaz nazývajú astronómovia výbuch supernovy typu Ia (tento typ supernovy slúži k určovaniu vzdialeností objektov vo vzdialenom vesmíre). Pravdepodobnejšie je, že termonukleárna reakcia prebehne len na povrchu hviezdy, ktorú to síce ovplyvní, no nezničí. V tomto prípade je pozorovaný výbuch asi 10 násobne menej jasný ako v prípade supernovy Ia. Takéto výbuchy boli trúfalo pomenované ako .Ia supernova a pozorované boli v iných galaxiách, ale J0751 a J1741 sú prvé známe dvojhviezdy, ktoré môžu v budúcnosti vybuchnúť ako .Ia supernovy.

K identifikovaniu dvoch bielych trpaslíkov v oboch systémoch a určeniu ich hmotností boli nevyhnutné optické pozorovania. Röntgenové pozorovania zasa pomohli vylúčiť možnosť, že J0751 a J1741 obsahujú neutrónové hviezdy, čo by ich vyradilo zo zoznamu potenciálnych predchodcov systémov typu AM CVn. Neutrónové hviezdy sú pozostatkami po vývoji hviezd niekoľko násobne hmotnejších ako Slnko. Sú ešte kompaktnejšie a hmotnejšie ako biele trpaslíky a ich priemery dosahujú 10 až 20 km. Neutrónové hviezdy vysielajú, kvôli mohutnému magnetickému poľu a rýchlej rotácii silné röntgenové žiarenie. Chandra ani XMM-Newton však takéto žiarenie nezaznamenali.

amcvn_2panel_525.jpg

Na snímkach sú dvojhviezdne systémy J0751 a J1741, ktoré by sa v budúcnosti mohli vyvinúť do objektov typu AM CVn. Kredit: X-ray: NASA/CXC/Univ of Oklahoma/M.Kilic et al, Optical: SDSS

O dvojhviezdy typu AM CVn sa vedci zaujímajú ako o možné zdroje gravitačných vĺn. Aj keď sa gravitačné vlny zatiaľ nepodarilo zaznamenať, mnohí vedci pracujú na prístrojoch, ktoré by to dokázali. Otvorilo by sa tak nové pozorovacie okno do vesmíru.