Novinky

Na čem pracujeme: Hynou rudí obři v galaktickém centru?

Pozorování v infračerveném spektru ukázala, že v oblasti středu naší Galaxie se nachází překvapivě málo jasných rudých obrů. Naproti tomu zde bylo odhaleno zvýšené zastoupení mladých jasných hvězd. Pracovníci Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU vypracovali studii navrhující proces, který tuto zvláštnost vysvětluje. Článek vychází v tomto měsíci v časopise The Astrophysical Journal.

V centru naší Galaxie nalezneme černou veledíru s hmotností 4,1 milionu slunečních hmot. Od Země se nachází ve vzdálenosti 8,1 kpc ve směru do souhvězdí Střelce. Centrum Galaxie představuje unikátní laboratoř pro studium dynamických procesů a vzájemných působení mezi jadernou hvězdokupou (skupinou hvězd v centrální oblasti) a centrální veledírou. Veledíra je dále obklopena několika pracho-plynnými strukturami v nejrůznějších fázích mezihvězdné hmoty. Současně zde nalezneme rádiový zdroj Sgr A*, který je důsledkem pomalých akrečních procesů v okolí černé veledíry.

Jaderná hvězdokupa obsahuje celé spektrum hvězdných typů, od hvězd pozdních typů po horké hvězdy spektrálních typů O a B. To implikuje, že i v těchto složitých podmínkách muselo docházet k hvězdotvorbě, i když spíše epizodické s maximem před 10 miliardami let. Ve vzdálenosti do jednoho parseku od veledíry nalezneme až překvapivé množství mladých hmotných hvězd spektrálního typu OB a horkých Wolfových-Rayetových hvězd. Na druhou stranu je zde zjevný nedostatek jasných rudých obrů ve srovnání s běžnou populací hvězd v jiných hvězdokupách. Některé studie ukazují, že oproti běžné statistice zde chybí kolem stovky rudých obrů. Zdá se, že v okolí galaktického středu funguje mechanismus, který vede k nadměrnému úhynu rudých obrů a na druhou stranu k zvýšenému výskytu horkých modrých hvězd.

Hvězdy ve středu Mléčné dráhy na snímku pořízeném s pomocí Hubblova kosmického teleskopu. Oblast nacházející se ve vzdálenosti 26 000 světelných roků (8,1 kpc) byla zobrazena pomocí širokúhlé kamery sekvencí expozic v blízkém infračerveném a viditelném světle. Různé barvy hvězd vypovídají o různé teplotě panující na jejich povrchu. Podrobnější spektrum pak poskytuje informaci o chemickém složení a vývoji, kterým hvězdy v minulosti prošly (snímek: NASA/ESA/STScI).

V představované studii autoři navrhli zajímavý mechanismus, který obě početní nerovnováhy elegantně vysvětluje jako důsledek jednoho procesu, a tuto hypotézu podpořili propracovaným modelem. Autoři vycházejí z indicií, že aktivita galaktického jádra nebyla vždy tak nízká jako nyní. Rentgenová „prasátka“ odražená od mlhovinových struktur v různých vzdálenostech od galaktického středu svědčí o tom, že před několika miliony lety byla aktivita jádra Galaxie mnohem větší, odpovídala snad dokonce některým typům Seyfertových aktivních galaktických jader. Tato zvýšená aktivita jistě vedla ke vzniku mohutných polárních výtrysků tvořených velmi horkou a hustou látkou proudící velkou rychlostí.

„Pokud by polárním výtryskem procházela hvězda, musela by nutně působením náporového tlaku výtrysku přijít o část své obálky. Je logické, že obzvláště budou ztrátou hmoty postiženy hvězdy v pozdních vývojových stádiích, zejména tedy rudí obři“ vysvětluje Vladimír Karas. Jejich chladné rozepnuté řídké obálky nemohou vzdorovat fičáku vanoucího od černé veledíry a budou odneseny pryč. Proces funguje doslova jako kožní peeling, hvězda po ztrátě obálky „omládne“. Například hvězda typu rudý obr, která měla před vstupem do polárního výtrysku rozepnutý poloměr 120 poloměrů Slunce by mohla přijít o atmosféru až do vzdálenosti 30 slunečních poloměrů od svého středu, její rozměr by se tedy zmenšil čtyřikrát! Přitom by její „povrchová“ teplota vzrostla na dvojnásobek a tím osmkrát poklesla její jasnost v infračervené oblasti spektra. Čím blíže bude hvězda obíhat u galaktického středu, tím bude proces efektivnější. V infračervených přehlídkách začnou „mizet“ chladní obři.

Schématická ilustrace zachycuje červeného obra – velmi velkou a hmotnou hvězdu s rozsáhlou atmosférou – v okamžiku jejího průchodu výtryskem hmoty proudící směrem od černé díry Sgr A*. V plynu se tvoří rázové vlny, hvězda ztrácí atmosféru, zvyšuje povrchovou teplotu a mění svou spektrální klasifikaci. Zdánlivě se nám pak jeví mladší (obrázek z článku Zajaček et al. 2020). — Schématická ilustrace zachycuje červeného obra – velmi velkou a hmotnou hvězdu s rozsáhlou atmosférou – v okamžiku jejího průchodu výtryskem hmoty proudící směrem od černé díry Sgr A*. V plynu se tvoří rázové vlny, hvězda ztrácí atmosféru, zvyšuje povrchovou teplotu a mění svou spektrální klasifikaci. Zdánlivě se nám pak jeví mladší (obrázek podle článku Zajaček et al. 2020).

Autoři také odhadovali, jak je asi pravděpodobné, že k této události dojde. A docházejí k překvapivému závěru, že průchod polárním výtryskem během jeho aktivní fáze není vůbec vyloučen. Naopak, pokud už hvězda do polárního výtrysku kvůli geometrii své oběžné dráhy vstoupí, bude se tento proces opakovat, a to i více než tisíckrát za sebou. Hvězda tak může celkově v tomto procesu ztratit opravdu významné množství své hmotnosti. Výpočet umožňuje rekonstruovat i plošnou jasnost hvězd v jaderné hvězdokupě a odhadnout průběh hmotnostních spekter. I tyto údaje jsou v souladu s pozorováním. „Na kvalitu modelu poukazuje několik dalších predikcí, co bychom měli s budoucími přístroji pozorovat, pokud je tento model v procesu změny statistiky hvězd v okolí zdroje Sgr A* významný,“ uzavírá Michal Zajaček.

Rudí obři tak v okolí galaktické černé veledíry nehynou. Naopak, zřejmě prošli zmlazovací kúrou, která z nich vytvořila zástupce zdánlivě mladších, horkých modrých obrů.

Autorský tým tvoří dr. Michal Zajaček, který absolvoval studium astronomie a astrofyziky na Astronomickém ústavu Univerzity Karlovy v Praze, poté působil na univerzitě v německém Kolíně a v současnosti je členem Centra pro teoretickou fyziku Polské Akademie věd ve Varšavě. Dr. Anabella Araudo přišla na Astronomický ústav AV ČR z britského Oxfordu; nyní je členkou laserového centra ELI Beamlines v Dolních Břežanech u Prahy. Prof. Vladimír Karas vede skupinu relativistické astrofyziky na pražském pracovišti Astronomického ústavu AV ČR, kde rovněž působí jako ředitel ústavu. Mezi dalšími spoluautory je prof. Bozena Czerny z Polské akademie věd a prof. Andreas Eckart z Fyzikálního ústavu University of Cologne.

Michal Švanda

Citace práce

M. Zajaček, A. Araudo, V. Karas, B. Czerny, & A. Eckart (2020), Depletion of bright red giants in the Galactic center during its active phases, The Astrophysical Journal, v tisku, preprint arXiv:2009.14364

Kontakty:

prof. RNDr. Vladimír Karas, DrSc. (Praha), vladimir.karas at asu.cas.cz
Anabella Araudo, PhD (Dolní Břežany), anabella.araudo at eli-beams.eu
RNDr. Michal Zajaček, PhD (Varšava), zajacek at cft.edu.pl