Novinky

Na čem pracujeme: Hvězdná erupce během planetárního tranzitu

Kouzlo nechtěného – tak nějak by bylo možné charakterizovat výsledky práce přijaté k publikaci v Astronomy&Astrophysics, jejíž hlavním autorem je Tereza Klocová z ASU. Zatímco původním cílem bylo studovat průběh přechodu extrasolární planety přes disk Slunci-podobné hvězdy ve spektrálních čarách, během přechodu nečekaně došlo na hvězdě k erupci a týmu se tak podařilo nasbírat velmi kvalitní materiál pro její studium. 

Sluneční erupce jsou bouřlivými jevy, ke kterým dochází v oblastech komplikovaných magnetických polí. Jejich podstatou je změna konfigurace magnetického pole do méně složité formy, při procesu tzv. rekonexe se uvolní obří množství energie až 10²⁵ J u velkých erupcí, což v celé Sluneční soustavě nemá obdoby. Erupce však nejsou registrovány pouze u Slunce, ale jsou běžně pozorovány zejména u hvězd slunečního typu, v případě hvězdných erupcí jde ale především o zástupce extrémní třídy, jaké na Slunci dosud nebyly pozorovány. Společným jmenovatelem všech hvězdných erupcí je záblesk v celém elektromagnetickém spektru trvající obvykle desítky minut a výron hmotných částic, ať již ve formě urychlených částicových svazků nebo hustého přehřátého plazmatu.

Zcela ojedinělé pozorování hvězdné erupce se podařilo Tereze Klocové z ASU, která získala k analýze data ze spektrografu UVES, jež je napájen dalekohledy VLT. Cílem pozorování bylo sledovat přechod planety přes disk hvězdy HD189733 a studovat možnost detekce přechodu ve spektrálních čarách, zejména čarách vápníku.

Systém HD189733 patří mezi vůbec nejstudovanější planetární systémy, neboť se nachází relativně blízko Zemi (ve vzdálenosti pouhých 19,3 parseků) a hvězda je tedy dostatečně jasná (s vizuální jasností 7,7 magnitudy), což umožňuje velmi detailní spektroskopické studie. Jde o hvězdu spektrálního typu K2V, tedy o něco chladnější než Slunce, která je obíhána jednak planetou typu horký Jupiter, ale také hvězdným souputníkem – červeným trpaslíkem na vzdálené oběžné dráze. Mnohá pozorování v minulosti poukázala na fakt, že HD189733 je hvězdou aktivní a to dokonce velmi aktivní, přinejmenším z pohledu úrovně rentgenového záření.

V noci z 1. na 2. července 2012 získala T. Klocová celkově 244 spekter s velmi vysokým spektrální rozlišením, tato spektra pokrývala celkově asi čtyři hodiny pozorování, tedy s průměrnou kadencí jednoho spektra za minutu. Spektra byla velmi poctivě analyzována a korigována na instrumentální i atmosférické efekty.

Přímo uprostřed přechodu planety přes disk hvězdy došlo na povrchu hvězdy k erupci, která zcela změnila cíl pozorovací kampaně. Díky vysoce kvalitním spektrům bylo možné velmi detailně studovat profily chromosférických čar a jejich vývoj v čase, zejména vodíkových čar Balmerovy série, vápníkové čáry H a K, infračervený vápníkový triplet a také héliovou čáru D3.

V průběhu erupce prodělávaly zmíněné čáry mohutné změny, zejména spojené s emisí v jejich jádrech. Míra emise odpovídala fázi erupce, v některých profilech bylo dokonce patrné, že záblesk erupce nebyl ojedinělým, ale že v sestupné fázi prvního záblesku se objevila další dvě vzplanutí. Jedinou studovanou čarou, která se chovala jinak, byla héliová D3. V ní nebyl průběh erupce prakticky patrný. Důvodem jsou zřejmě delikátní požadavky na stav plazmatu, aby došlo k výraznějšímu ovlivnění tvaru čáry D3, které v případě této erupce nenastaly. Podobné zkušenosti jsou ostatně s touto čarou i v případě slunečních pozorování.

Autoři též odhadli celkovou energii uvolněnou během této erupce ve studovaných spektrálních čarách, která činí přibližně 8,7×10²⁴ J. Celková energie v celém oboru elektromagnetického spektra je jistě vyšší, dle autorů až o řád. Ve srovnání se Sluncem by se tedy jednalo o erupci srovnatelnou s těmi nejsilnějšími na Slunci, avšak z hlediska známých erupcí na Slunci-podobných hvězdách jde spíše o kategorii slabší.

Nabízí se otázka, jestli je výskyt erupce na hvězdě HD189733 přesně uprostřed přechodu horkého Jupiteru náhodou, nebo zda tyto dvě události kauzálně souvisejí. Na tuto otázku nelze v současnosti dát jednoznačnou odpověď. Některé modely systému HD189733 naznačují, že by k ovlivnění fotosféry, chromosféry i koróny hvězdy obíhající planetou docházet mohlo, přičemž není vyloučeno, že pokud předpokládaná pekuliarita přejde přes magnetizovanou aktivní oblast, vytvoří se vhodné podmínky pro zážeh erupce. Na stranu druhou, v literatuře lze dohledat dvě desítky pozorování tranzitů planety přes HD189733 a pouze při tom v červenci 2012 došlo ke zjevné erupci.

Otázka tedy zůstává otevřená. T. Klocová však poukazuje, že stejné spektrální čáry bývají často používány pro studium exoplanetárních atmosfér. Je tedy zřejmé, že pokud jsou tyto čáry ovlivněny jevy hvězdné aktivity a toto není vzato v úvahu, mohou být závěry o atmosféře takové exoplanety krajně nesprávné.

Michal Švanda

Citace práce

Klocová, T. a kol., Time-resolved UVES observations of a stellar flare on the planet host HD 189733 during primary transit, Astronomy&Astrophysics v tisku, preprint arXiv:1707.09831

Kontakt: Mgr. Tereza Klocová, Ph. D., tereza.klocova@asu.cas.cz