Novinky

Na čem pracujeme: Výrony hmoty u ρ Cas zachycené vizuálními i digitálními technikami

Michaela Kraus ze stelárního oddělení ASU spolu s Grigorisem Maraveliasem z Řecka studovala výrony hmoty hvězdy ρ Cas zachycené pozorovateli používajícími jak digitální technologie tak vizuální pozorování. V práci ukazují, že pro výzkum významných změn jasností hvězd jsou vizuální techniky dostačující a vzhledem k délce časové řady i nenahraditelné. Hvězda se nejspíše v Hertzsprungově-Russelově diagramu posunuje k hraně žluté mezery.

Velmi hmotné hvězdy jsou ve vesmíru velmi vzácné, odhaduje se, že na každou hvězdu s hmotností 20 hmotností Slunce připadá v Galaxii sto tisíc hvězd slunečního typu. Přesto jsou velmi hmotné stálice důležitými činiteli v chemismu galaxií. Během svého života ztrácejí značnou část své hmotnosti mohutným hvězdným větrem a svůj život obvykle končí jako supernovy. Oběma procesy tak významně obohacují mezihvězdné prostředí o těžší chemické prvky a mohou i indukovat druhotnou tvorbu hvězd. V současnosti jsou počítačové modely vývoje velmi hmotných hvězd poměrně nejisté. Je však zřejmé, že jejich vývoj ovlivňuje chemické složení, rotace a zmíněná ztráta hmoty hvězdným větrem. Neopomenutelným faktorem je také přítomnost druhých složek, které jsou u hmotných hvězd spíše běžné než výjimečné.

V některých fázích vývoje vykazují určité typy hmotných hvězd výrazné epizody ve ztrátě hmoty, v odborné literatuře se mluví o výronech. Příklady tohoto typu aktivity jsou různé. Patří sem Wolfovy-Rayetovy hvězdy, modré svítivé proměnné nebo žlutí hyperobři a červení veleobři. Výsledkem výronů je vznik komplexního cirkumstelárního prostředí, pozorujeme zde planetární mlhoviny, hvězdné obálky nebo disky.

Vývojové modely naznačují, že jak hmotná hvězda spálí všechen vodík v jádře, na Hertzsprungově-Russelově diagramu se posouvá doprava směrem k červeným veleobrům. V závislosti na mnoha faktorech zde může hvězda zůstat až do spektakulárního konce, nebo se může začít pohybovat zpět podél tzv. modré smyčky. V těchto případech se ukazuje, že na diagramu je určitá oblast, kde se hvězdy prakticky nenacházejí. Mluví se o tzv. žluté mezeře. Očekává se, že hvězda spadající do této oblasti podléhá teplotním nestabilitám vedoucím k výronům látky a cirkumstelární prostředí pak značně ovlivňuje klasifikaci hvězdy – hvězda vypadá slabší a červenější. Tento proces se může opakovat mnohokrát a jakmile je ukončen, objeví se hvězda na druhé straně žluté mezery jako modrý veleobr.

Jednou z takových hvězd je ρ Cas, poměrně jasná hvězda dostupná i pozorovatelům bez dalekohledu v souvězdí Kasiopeji. Tato hvězda vykazuje víceperiodické dlouhodobé změny, pozorovatelům je ale známa také již čtyřmi zaznamenanými významnými zeslabeními, která nepochybně souvisela s dříve zmíněnými výrony látky do okolí. K těmto zeslabením došlo v letech 1945‒1947, 1985‒1986, 2000‒2001 a 2013‒2014. Poslední zeslabení bylo velmi intenzivně studováno s pomocí objektivních digitálních měření, ovšem ta starší byla digitálními měřeními pokryta buď málo nebo vůbec ne, protože tyto technologie dosud nebyly k dispozici.

V databázi vizuálních pozorování Americké asociace pozorovatelů proměnných hvězd jsou k dispozici vizuální i digitální pozorování této hvězdy pokrývající období od března 1941 do června 2021. To je velmi bohatý archív, který nedovoluje omezit se pouze na digitální pozorování z posledních let jen proto, že jejich zpracování a interpretace je pohodlnější.

Autoři článku se rozhodli využít data všechna. Vizuální data požadovala určité zpracování, neboť rozptyl individuálních pozorovatelů i během jedné noci byl velký. S vyloučením sledování rychlých změn bylo ale možné z bohaté datové řady zkonstruovat třicetidenní průměry, které již měly jednotlivé statistické chyby výrazně menší a navazující datové body vytvářely velmi hladkou křivku. Je třeba zdůraznit, že ve vizuální řadě bylo k dispozici 53 560 individuálních pozorování od 772 pozorovatelů.

Čtyři minima odpovídající výronům hmoty z povrchu ρ Cas překreslená přes sebe s přeloženými fity gaussovskou křivkou. Jde o pozorování vizuální metodou. Světelné křivky výronů byly vycentrovány na polohu minim jasnosti. Z grafů je dobře patrné, že hloubky minim se výrazně mění a jejich délka systematicky klesá.

Porovnáním vizuálních a digitální pozorování v překryvném období se ukazuje, že tyto dvě řady jsou velmi konzistentní a zachycují tak věrně vývoj světelné křivky sledované hvězdy. Autoři si však povšimli, že v některých obdobích jsou vizuální a digitální křivky významně posunuté. Protože jsou tyto posuny koncentrovány do období výronů nebo krátce po nich, je možné, že tyto rozdíly jsou způsobeny skutečnou barevnou změnou hvězdy.

Autoři věnovali značné úsilí studiu jednotlivých zaznamenaných výronů. Využili tak očištěných světelných křivek a každé minimum jasnosti související s výronem nafitovali pro zjednodušení gaussovskou funkcí. To umožnilo například robustně stanovit hloubku minima a také jeho délku. Vynesením těchto veličin do grafu přesvědčivě ukázalo několik skutečností. Délka minim se s časem zkracuje. Klesá i jejich hloubka a zkracuje se také interval mezi jednotlivými výrony.

Z tohoto chování autoři usuzují, že pobyt ρ Cas v oblasti žluté mezery se blíží konci. Také upozorňují na to, že další výron se možná blíží a tak je důležité tuto hvězdu sledovat, aby tato významná epizoda v jejím životě nezůstala nepovšimnuta.

Michal Švanda

Citace práce

G. Maravelias, M. Kraus, Bouncing against the Yellow Void -- exploring the outbursts of ρ Cas from visual observations, Journal of the AAVSO v tisku, preprint arXiv:2112.13158

Kontakt: Dr. Michaela Kraus, kraus@sunstel.asu.cas.cz