Novinky

Na čem pracujeme: MWC 349A – mladá nebo vyžilá hvězda?

Michaela Kraus ze Stelárního oddělení ASU stála v čele vědeckého týmu, který se zabýval pečlivým studiem podrobných spektroskopických měření hvězdy MWC 349A. Pečlivou analýzou těchto dat ukazuje, že tato hvězda zabalená v několika obalech mezihvězdné látky je ve skutečnosti hvězdou na sklonku života. Tím tento tým vyřešil jednou z dlouhodobých záhad stelární astrofyziky.

Hvězdy se obalují materiálem zejména ve dvou etapách svého vývoje. Jednak když jsou velmi mladé, ještě než vstoupí na hlavní posloupnost, kdy je protohvězda obklopena velmi hustým protoplanetárním diskem a v jejím okolí se celkově vyskytuje značné množství materiálu, který zbyl po počátečních fázích vzniku hvězdy. Druhou důležitou etapou spojenou s významnými výrony hmoty do prostoru je pak závěrečná fáze jejich života, kdy se z důvodu nestabilit hvězda opět obklopuje velmi hustým materiálem. U některých exemplářů je velmi nesnadné mezi těmito dvěma stádii rozlišit na základě běžných pozorování.

Toto je případ i hvězdy MWC 349A. Tato hvězda patří mezi nejjasnější hvězdy oblohy v rádiovém oboru, z čehož astronomové usuzují, že od MWC 349A uniká horký ionizovaný vítr velkou rychlostí několika desítek kilometrů za sekundu a celkově tak hvězda ztrácí asi stotisícinu hmotnosti Slunce za rok. V jejím spektru nelze nalézt prakticky žádné čáry pocházející z fotosféry, což značně znesnadňuje spektrální klasifikaci. Četné čáry neutrálního hélia ale indikují, že jde o horkou hvězdu spektrálního typu O nebo B0. Morfologie rádiové emise na 6 cm ukazuje sférický objekt, pozorování na 2 cm ale už ukazují na bipolární strukturu ionizovaného větru. To vše naznačuje, že hvězda je obklopena rozsáhlým rotujícím diskem, který ze Země pozorujeme prakticky z profilu.

Ve spektrech se vyskytují četné zakázané čáry prokazující fungující efekty maseru a laseru v rozsáhlé obálce. Profily těchto speciálních čar jsou konzistentní s dvojkomponentní strukturou. Jednak s rotujícím diskem a pak se strukturou hvězdného větru, který z disku vychází. Zdálo by se tedy, že k MWC 349A je k dispozici více než dostatek pozorovacích údajů a že tedy je tento objekt dobře popsán. Opak je však pravdou. Například není vůbec jasné, v jakém vývojovém stádiu se hvězda nachází.

Michaela Kraus již v minulosti spolupracovala na pracích, které ukazovaly, že pro určení vývojového stádia podobné hvězdy je možné využít poměr izotopů uhlíku ¹²C a ¹³C. Ten není možné určit ze spekter přímo, ale je možné soustředit se na čáry oxidu uhelnatého CO, které jsou pro oba izotopy uhlíku odděleny. Pro objekty mladé bývá poměr ¹²C/¹³C velký, s hodnotou kolem 90, která je zjištěna též pro nepřepracovaný materiál v mezihvězdném prostředí. Jak hvězda stárne, uvedený poměr se zmenšuje a na konci života hvězdy dosahuje již jen hodnoty několika jednotek.

Tým astronomů získal k dispozici nová pozorování z přístroje GNIRS na dalekohledu Gemini-sever. Pozorování byla pořízena v roce 2013 infračervených pásmech L a K, kde jsou dobře patrné čáry vysokých sérií vodíku a také potřebné čáry oxidů uhelnatých. Spektra byla zredukována standardními postupy.

Série spektrálních čar vodíku umožnila s pomocí modelu stanovit základní parametry hvězdné obálky. Vodíková emise se zdá pocházet z úzkého prstencové struktury v rovníkové oblasti disku. Porovnáním s modelem vychází, že tato struktura rotuje rychlostí kolem 45 km/s. Rozšíření čáry je vyvoláno teplotní komponentou s rozptylem rychlostí 12-13 km/s a dále pak turbulentními rychlostmi s rozptylem kolem 15 km/s.

Důkladným proměřením čar oxidů uhelnatých pak autoři docházejí k závěru, že v obálce MWC 349A se nachází značné množství izotopu ¹³C, poměr zastoupení ¹²CO/¹³CO dosahuje velmi nízké hodnoty kolem 4. To je jednoznačným indikátorem toho, že MWC 349A je hvězdou ve velmi pozdní fázi svého vývoje.

Je zajímavé, že při porovnání dříve pořízených spekter je možné vysledovat určitý vývoj. V roce 1975 nebyla zaznamenána vůbec žádná emise v čarách oxidu uhelnatého, zatímco v roce 1983 již ano. V roce 1997 byly spektrální čáry CO velmi výrazné, zatímco v měřeních z roku 2013 již byla jejich intenzita výrazně nižší. Zdá se tedy, že mezi roky 1975 a 1983 došlo k významné změně v podmínkách v hvězdné obálce MWC 349A, zřejmě k výronu hmoty. V současné době tato vyvrhnutá hmota chladne a intenzita spektrálních čar tak klesá. I toto svědčí pro pozdní vývojové stádium MWC 349A, kterou tímto můžeme bezpečně zařadit mezi B[e] veleobry.

Michal Švanda

Citace práce

M. Kraus a kol., Evidence of an evolved nature of MWC 349A, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society v tisku, preprint arXiv:2002.07780.