Sciencemag.cz
Doporučujeme
Astronomům se díky použití dalekohledu ESO/VLT podařilo poprvé v historii ukázat, že magnetar – neobvyklý typ neutronové hvězdy – byl vytvořen při zániku hvězdy nejméně 40krát hmotnější než Slunce. Tento objev představuje nelehký úkol pro současné teorie vývoje hvězd, neboť ty předpovídají, že takto hmotný objekt se stane černou dírou a nikoliv magnetarem. Vyvstává tak závažná otázka, jak hmotná vlastně musí hvězda být, aby se stala černou dírou.
K tomuto závěru astronomové dospěli při podrobném studiu neobvyklé hvězdokupy Westerlund 1 [1], která se nachází 16 000 let od nás v jižním souhvězdí Oltáře (Ara). Na základě předchozích studií (eso0510) víme, že Westerlund 1 je nejbližší známou super-hvězdokupou. Obsahuje stovky velmi hmotných hvězd, z nichž některé září téměř jako 1 000 000 Sluncí a mají 2000krát větší průměr než Slunce (ve Sluneční soustavě by vyplnily oběžnou dráhu Saturnu).
“Pokud by se Slunce nacházelo v centru této pozoruhodné hvězdokupy, noční obloha na Zemi by byla zaplněna stovkami hvězd jasných jako Měsíc v úplňku,” říká Ben Ritchie, vedoucí autor článku prezentujícího uvedené výsledky.
Hvězdokupa Westerlund 1 je fantastické hvězdné ZOO s pestrou a exotickou populací hvězd. Jednu věc však mají tyto hvězdy společnou, a to stáří, které je odhadováno na 3,5-5 milionů let. Celá hvězdokupa totiž vznikla v rámci jediné mohutné epizody hvězdotvorby.
Magnetar (eso0831) je typ neutronové hvězdy s extrémním magnetickým polem, jež je milion miliardkrát silnější než magnetické pole Země a vzniká u některých hvězd při explozi supernovy. Ve hvězdokupě Westerlund 1 se nachází jeden z mála magnetarů, které v naší Galaxii známe. Na základě jeho příslušnosti k hvězdokupě vědci usoudili, že se musel vytvořit při kolapsu hvězdy minimálně 40krát hmotnější než Slunce.
Jelikož všechny hvězdy v hvězdokupě jsou stejně staré, musela mít hvězda, která explodovala a zanechala po sobě magnetar, kratší život než ostatní. “Délka aktivního života hvězdy je přímo závislá na její hmotnosti – čím větší má hmotnost, tím kratší život. Pokud tedy změříme hmotnosti dalších členů hvězdokupy, můžeme si být jisti, že hvězda zodpovědná za vznik magnetaru musela být hmotnější,” říká spoluautor a vedoucí celého týmu Simon Clark. “To je velmi významný výsledek, neboť v současnosti neexistuje akceptovaná teorie, jak tyto objekty s extrémním magnetismem vznikají.”
Proto astronomové zkoumali zákrytovou dvojhvězdu W13, neboť v gravitačně vázaném systému je možné přímo stanovit hmotnosti jednotlivých hvězd na základě měření periody oběhu.
Srovnáním s těmito hvězdami vědci odhadují, že předchůdce magnetaru musel mít hmotnost 40krát vyšší než Slunce. To naznačuje, že magnetary by mohly vznikat z hvězd, u kterých bychom při dané hmotnosti předpokládali, že vytvoří černou díru. Předpokládá se, že hvězdy s hmotností 10 až 25 Sluncí v závěru svého života mohou vytvořit neutronovou hvězdu a ty ještě hmotnější černou díru.
“Tyto hmotné hvězdy se nutně musí zbavit až 9/10 své původní hmotnosti ještě předtím, než explodují jako supernova, jinak by totiž skončily jako černé díry,” říká spoluautor Ignacio Negueruela. “Ale takto významná ztráta hmoty před samotnou explozí představuje velmi těžký úkol pro současné teorie vývoje hvězd.”
“To ovšem také přináší palčivou otázku, jak hmotná musí být hvězda, aby při kolapsu vytvořila černou díru, když ani 40 hmotností k tomu nestačí,” uzavírá spoluautor Norbert Langer.
V současnosti preferovaný proces vzniku magnetaru předpokládá, že hvězda-předchůdce je složkou dvojhvězdy. Během vývoje dochází k vzájemné interakci složek a přenos kinetické energie oběžného pohybu vede k odvržení potřebného množství hmoty. V místě, kde se nachází studovaný magnetar, však v současnosti není pozorován žádný souputník. Výbuch supernovy tedy pravděpodobně vedl k rozpadu dvojhvězdy a k vymrštění jednotlivých složek vysokou rychlostí pryč z hvězdokupy.
“Pokud je tato úvaha správná, pak se zdá, že dvojhvězdy hrají klíčovou roli při vývoji hvězd, neboť řídí ztrátu hmoty v rámci závěrečné diety hmotných hvězd, která sníží jejich původní hmotnost až o 95 %,“ uzavírá Clerk.
Poznámky
[1] Otevřenou hvězdokupu Westerlund 1 objevil v roce 1961 z Austrálie švédský astronom Bengt Westerlund, který byl v letech 1970-1974 také ředitelem ESO v Chile. Hvězdokupa je ukryta za mohutným mezihvězdným oblakem plynu a prachu, který odstiňuje téměř veškeré viditelné světlo. Objekt se tak zdá 100 000krát slabší, a proto tedy trvalo tak dlouho, než byla odhalena pravá povaha hvězdokupy.Westerlund 1 je unikátní přírodní laboratoří extrémní fyziky hvězd. Pomáhá vědcům odhalit, jak žijí a umírají ty nejhmotnější hvězdy v naší Galaxii. Na základě provedených pozorování astronomové odhadují, že hvězdokupa obsahuje asi 100 000krát více hmoty než Slunce a většina hvězd je nahuštěna v prostoru o průměru menším než 6 světelných let. Zdá se tedy, že Westerlund 1 je nejhmotnější kompaktní mladou hvězdokupou dosud identifikovanou v Galaxii.
Všechny hvězdy dosud zkoumané v rámci této hvězdokupy mají hmotnosti 30-40 Sluncí. A jelikož takto hmotné hvězdy mají v astronomickém měřítku velmi krátký život, musí být samotná hvězdokupa také velmi mladá. Astronomové určili její věk na 3,5-5 milionů roků a Westerlund 1 je tedy opravdová ‘novozrozená hvězdokupa’.
