Bílí trpaslíci mohou stále podstupovat stabilní termonukleární aktivitu

Mohou umírající hvězdy vypadat mladší? Nový průvodce od NASA/To je úžasné Hubbleův vesmírný teleskop Poukazuje na to, že bílí trpaslíci mohou v pozdějších fázích svého života nadále spalovat vodík, takže vypadají mladší, než ve skutečnosti jsou. Tento objev může mít důsledky pro to, jak astronomové měří stáří hvězdokup.

Převládající pohled na bílé trpaslíky jako inertní, pomalu chladnoucí hvězdy byl zpochybněn pozorováním z Hubbleova vesmírného teleskopu NASA/ESA. Mezinárodní skupina astronomů objevila první důkaz, že bílí trpaslíci mohou zpomalit rychlost stárnutí spalováním vodíku na jejich povrchu.

„Našli jsme první pozorovací důkaz, že bílí trpaslíci mohou stále podstupovat stabilní termonukleární aktivitu,“ vysvětlil Jianxing Chen z Alma Mater Studiorum Universita di Bologna a Italského národního institutu astrofyziky, který výzkum vedl. „Bylo to obrovské překvapení, protože to odporuje tomu, co je běžné.“

Bílí trpaslíci jsou pomalu chladné hvězdy, které v posledních fázích svého života shazují své vnější vrstvy. Jsou to běžné věci ve vesmíru. Zhruba 98% všech hvězd ve vesmíru nakonec skončí jako bílí trpaslíci, včetně našeho slunce.^[1] Studium těchto fází chlazení pomáhá astronomům porozumět nejen bílým trpaslíkům, ale také jejich raným fázím.

Zkoumat základní fyziku bílý trpaslík Evoluce, astronomové porovnávali studené bílé trpaslíky ve dvou hmotných hvězdokupách: kulových hvězdokupách M3 a M13.^[2] Tyto dvě skupiny sdílejí mnoho fyzikálních vlastností, jako je věk a mineralizace^[3] Ale souhvězdí hvězd, která nakonec povedou k vzniku různých bílých trpaslíků. Zejména celková barva hvězd ve fázi vývoje, známé jako horizontální větev, je v M13 modřejší, což naznačuje přítomnost skupiny žhavějších hvězd. Dohromady to dělá z M3 a M13 ideální přírodní laboratoř pro testování chladu různých skupin bílých trpaslíků.

Tento obrázek ukazuje rozsáhlý pohled na M13. Image Credit: ESA/Hubble, Digitized Sky Survey 2. Poděkování: D. De Martin

„Pozoruhodná kvalita našich pozorování pomocí HST nám poskytla úplný pohled na hvězdokupy dvou globulárních skupin,“ pokračoval Chen. „To nám umožnilo porovnat, jak se hvězdy vyvíjejí v M3 a M13.“

Tým pomocí Hubbleovy širokoúhlé kamery 3 pozoroval tým M3 a M13 na vlnových délkách poblíž ultrafialového záření, což jim umožnilo porovnat více než 700 bílých trpaslíků v těchto dvou skupinách. Zjistili, že M3 obsahuje standardní bílé trpaslíky, kteří jednoduše chladí hvězdná jádra. Na druhou stranu má M13 dvě sady bílých trpaslíků: standardní bílé trpaslíky a ty, kterým se podařilo držet na vnějším plášti vodíku, což jim umožňuje déle hořet a tím se pomalu ochlazovat.

Porovnáním svých výsledků s počítačovými simulacemi hvězdné evoluce v M13 byli vědci schopni ukázat, že téměř 70% bílých trpaslíků M13 spaluje na jejich povrchu vodík, což zpomaluje rychlost ochlazování.

Tato fotografie ukazuje široký pohled na M3. Image Credit: ESA/Hubble, Digitized Sky Survey 2. Poděkování: D. De Martin

Tento objev může mít důsledky pro to, jak astronomové měří stáří světových hvězd mléčná dráha. Evoluce bílých trpaslíků byla dříve modelována jako předvídatelný chladicí proces. Tento relativně přímý vztah mezi věkem a teplotou vedl astronomy k využití rychlosti ochlazování bílého trpaslíka jako přirozených hodin ke stanovení stáří hvězdných hvězdokup, zejména kulových a otevřených hvězdokup. Spalování vodíku pro bílé trpaslíky by však mohlo způsobit, že tyto odhady stáří budou nepřesné až o miliardu let.

„Náš objev zpochybňuje definici bílých trpaslíků, když se podíváme na nový pohled na způsob stárnutí hvězd,“ dodal Francesco Ferraro z Alma Mater Studiorum Universita di Bologna a Italského národního institutu astrofyziky, který studii koordinoval. „Nyní studujeme další shluky podobné M13, abychom omezili podmínky, které pohánějí hvězdy k udržení tenké vodíkové obálky, která jim umožňuje pomalu stárnout.“

Poznámky

1. Slunce je za dobu své 10 miliard let staré jen 4,6 miliardy let. Jakmile Slunce vyčerpá vodík v jeho jádru, Slunce nabobtná do červeného obra, pohltí vnitřní planety a spálí zemský povrch. Poté odhodí své vnější vrstvy a nechá jádro vystavené slunci jako pomalu chladný bílý trpaslík. Tento hvězdný uhlík by byl neuvěřitelně hustý a shromáždil by značnou část sluneční hmoty do koule zhruba velikosti Země.
2. M3 obsahuje téměř půl milionu hvězd a nachází se v souhvězdí Canes Venatici. M13 – někdy známá jako Velká kulová hvězdokupa Herkula – obsahuje o něco méně hvězd, jen několik set tisíc. Bílí trpaslíci se často používají k odhadu stáří kulových hvězdokup, a proto se značná část Hubbleova času věnovala zkoumání bílých trpaslíků ve starověkých, hustě osídlených kulových hvězdokupách. Hubble přímo pozoroval přítomnost bílých trpaslíků v kulových hvězdokupách poprvé v roce 2006.
3. Astronomové používají slovo „kovový“ k popisu podílu hvězdy, která se skládá z jiných prvků než z vodíku a helia. Drtivá většina hmoty ve vesmíru je buď vodík nebo helium – vezměte si například Slunce, 74,9% jeho hmotnosti je vodík, 23,8% je helium a zbylých 1,3% je směsí všech ostatních prvků, o kterých astronomové hovoří jako „kovy“.

více informací

Hubble Space Telescope je projekt mezinárodní spolupráce mezi Evropskou vesmírnou agenturou a NASA.

Mezinárodní tým astronomů v této studii tvoří Jiancheng Chen (Alma Mater Studiorum Universita di Bologna and Astrophysics and Space Observatory in Bologna), Francesco R Ferraro (Alma Mater Studiorum Universita di Bologna and Astrophysics and Astronomy Observatory in Bologna), Mario Cadialano ( Observatory Astrophysics and Space Sciences Bologna), Maurizio Salaris (Liverpool John Moores University), Barbara Lanzoni (Alma Mater Studiorum Universita di Bologna and Observatory for Astrophysics and Space Sciences Bologna), Christina Palanca (Alma Mater Studiorum Universita di Bologna) a Leandro G. Althaus (Universidad Nacional de La Plata and CCT – CONICET Centro Cientifico Tecnologico La Plata) a Emanuele Dalessandro (Observatory of Astrophysics and Space Sciences in Bologna).