Modří opozdilci

Vzdálený vesmír

7.11.2011

Petr Kulhánek

Modří opozdilci jsou namodralé svítivé hvězdy v kulových a někdy i otevřených hvězdokupách , které se podle dostupných parametrů zdají mladší než jejich sourozenci. Odtud vzniknul jejich název opozdilci (anglicky stragglers) – hvězdy opožděné ve vývoji. První modří opozdilci byli objeveni americkým astronomem Allanem Sandagem (1926–2010) v kulové hvězdokupě M3 v souhvězdí Honících Psů již v roce 1953. Jejich původ byl po dlouhá desetiletí záhadou, protože hvězdy v kulové hvězdokupě vznikají společně a jejich stáří by nemělo mít výraznější odchylky. Pokud nalezneme v hvězdokupě různě staré hvězdy, měl by rozdíl být způsoben výhradně různou hmotností hvězd. Hmotnější hvězdy se totiž vyvíjejí rychleji než méně hmotné. To je dáno vyšším tlakem a teplotou v jejich nitru, což vede k „bouřlivější“ termojaderné syntéze. První objevení modří opozdilci měli ale hmotnost kolem 2 M_S, velikou rotaci a intenzivně svítili v modré barvě. Podle těchto i dalších charakteristik šlo o relativně mladé hvězdy, které nemají v kulové hvězdokupě co pohledávat. V kulových hvězdokupách se nacházejí nejstarší hvězdy z Galaxie. Původně se uvažovalo o třech možnostech: 1) opozdilci byli hvězdokupou zachyceni a nevznikli spolu s ní, 2) jsou důsledkem srážky dvou hvězd, 3) jsou důsledkem hvězdného kanibalismu. Dnes je víceméně potvrzena druhá a třetí hypotéza, Nejčastěji jde o hvězdný kanibalismus v těsné dvojici hvězd, kde hmota z jedné složky přetéká na druhou, a ta se jeví efektivně mladší, než ve skutečnosti je. Dalo by se říci, že si stará babice oblékne mladistvě vypadající kabát.

Asociace – Nestabilní řídká seskupení mladých hvězd. Stáří 10⁶ až 10⁷ let. Nízká hustota hvězd. K nejznámějším patří OB asociace složené z mladých hvězd spektrální třídy O až B (tzv. asociace typu Orion). V Galaxii je jich asi 100. Dalším druhem jsou asociace typu T Tauri složené z velmi mladých hvězd spektrální třídy F až M. Menší hvězdy jsou schované v oblacích plynu a prachu, charakteristická je emise v IR oboru a přítomnost eruptivních proměnných. V Galaxii se nachází asi 1 000 exemplářů.

Otevřená hvězdokupa – fyzikálně příbuzná skupina hvězd, která drží pohromadě gravitační přitažlivostí a má společný původ. Většina hvězd se vytvořila ze stejné mlhoviny, a tak mají podobné počáteční chemické složení. Otevřená hvězdokupa může mít desítky až desítky tisíc jedinců. Na rozdíl od kulové hvězdokupy zpravidla nevykazuje otevřená hvězdokupa kulové prostorové uspořádání.

Kulová hvězdokupa – systém obsahující statisíce až miliony hvězd, držený pohromadě gravitací. Hvězdy v kulových hvězdokupách neobsahují prakticky žádné těžší prvky, a jsou proto velmi staré, nezřídka 12 až 13 miliard roků. Vznikly z prvotního plynu – vodíku a hélia v zárodcích budoucích galaxií.

Galaxie – kompaktní seskupení hvězd, hvězdných asociací, otevřených a kulových hvězdokup, mezihvězdné látky a temné hmoty. Galaxie se liší svou strukturou (spirální, eliptické, nepravidelné,…), vyzařovaným výkonem (neaktivní, aktivní, rádiové, Seyfertovy,…) a zejména svojí hmotností. Hmotnost je udávána v miliardách až stovkách miliard hmotností Slunce. Galaxie jsou obvykle součástmi vyšších celků, jako jsou kupy, nadkupy, vlákna a stěny.

NGC 6397

Modří opozdilci v kulové hvězdokupě NGC 6397 ze souhvězdí Oltáře. Jádro hvězdokupy je v levém horním rohu.
Opozdilci mají výrazně modrou barvu. Zdroj: HST.

47 Tuc

Modří opozdilci v jádře kulové hvězdokupy 47 Tucanae. Snímek byl pořízen kamerou WFPC 2 na Hubblově vesmírném dalekohledu . Filtry byly nastaveny tak, aby červení obři byli oranžoví, hvězdy hlavní posloupnosti bílé až zelené a modří opozdilci se jevili modře. Zdroj: HST.

V roce 2006 vědci z Evropské jižní observatoře systematicky sledovali modré opozdilce za pomoci čtveřice dalekohledů VLT. U 43 modrých opozdilců z hvězdokupy 47 Tuc bylo spektroskopicky zjišťováno zastoupení jednotlivých prvků. U šesti z nich se ukázalo, že jejich spektrum poukazuje na zjevný nedostatek uhlíku a kyslíku oproti okolním hvězdám. Podle numerických simulací takový materiál pochází z nitra průvodce a na povrch hvězdy se mohl dostat jen přetokem hmoty z druhé složky podvojné soustavy. V nitru hvězd hmotnějších než Slunce probíhá tzv. CNO cyklus a uhlík a dusík jsou katalyzátory této jaderné reakce. V nitru hvězdokupy 47 Tuc jsou hvězdy velmi blízko u sebe. V centrální části o velikosti 1 ly³ se nachází 4 000 hvězd. Srážky mohou být velmi časté a vést k vytváření těsných dvojhvězd a posléze modrých opozdilců. Hvězdokupa se nachází v souhvězdí Tukana ve vzdálenosti 15 000 světelných roků.

V dalším projektu se v roce 2009 Hubblův vesmírný dalekohled zaměřil na kulovou hvězdokupu M 30 ze souhvězdí Kozoroha. Hvězdokupu objevil Charles Messier již v roce 1764. Je od nás vzdálená 28 000 světelných roků a má průměr 90 světelných roků. Stáří hvězd se odhaduje na 13 miliard let. Hvězdokupa byla současně zkoumána Evropskou jižní observatoří a při výzkumu byly použity i snímky z digitální přehlídky oblohy DSS 2. Ukázalo se, že modré opozdilce z této hvězdokupy lze rozdělit do dvou skupin, jež se poněkud liší svými parametry. Jedna odpovídá modrým opozdilcům vzniklým přímými srážkami a druhá hvězdným kanibalismem. V této hvězdokupě tak byly v roce 2009 potvrzeny dva různé (byť příbuzné) mechanizmy vzniku modrých opozdilců.

Dva mechanizmy

Dva mechanizmy vzniku modrých opozdilců v kulové hvězdokupě M 30. Zdroj: NASA.

Hvězdokupa M 30 v souhvězdí Kozoroha, ve které Hubblův dalekohled systematicky zkoumal modré opozdilce.
Zdroj HST/ESA/NASA.

Podrobný výzkum mechanizmu vzniku modrých opozdilců provedli Aaron Geller a Robert Mathieu z madisonské Univerzity ve Wisconsinu [1] pro kulovou hvězdokupu NGC 188 v souhvězdí Cefea. Z korelací mezi množstvím dvojhvězd, hmotností jádra kulové hvězdokupy a radiální pozicí modrých opozdilců zjistili, že dominantním mechanizmem je hvězdný kanibalizmus a přímé srážky jsou minoritním mechanizmem. Přestože pozorování, analytické modely a numerické N-částicové simulace hovoří spíše ve prospěch hvězdných srážek, jejich výzkum modrých opozdilců vedl jednoznačně k mechanizmu hvězdného kanibalizmu. Podle této práce by ve většině případů měl být souputníkem modrého opozdilce bílý trpaslík o hmotnosti v úzkém intervalu kolem 0,5 M_S. Aby situace nebyla zcela jednoduchá, objevil Hubblův dalekohled v letošním roce modré opozdilce dokonce v centrální výduti naší Galaxie [2]. Existence modrých opozdilců je tak potvrzena nejen v kulových hvězdokupách, ale přímo i v centrální části Galaxie. Zdá se proto, že modří opozdilci vznikají všude tam, kde je hvězdám „těsno“. Je pravděpodobné, že vznikají oběma zmíněnými mechanizmy (přímou srážkou i hvězdným kanibalizmem) a za různých podmínek dominuje ten či onen mechanizmus vzniku.

Modří opozdilci (zeleně zakroužkovaní) v centrální výduti naší Galaxie.
Zdroj: NASA/ESA/IU/UCLA, HST/ACS/WFC.

Zdroje:

Vzdálený vesmír

7.11.2011

Petr Kulhánek