Center for High Angular Resolution Astronomy (Chara Array) na Georgia State University získalo detailní snímky raných fází dvou nových událostí, které byly zaznamenány v roce 2021. Díky metodě nazývané Nir spektroskopie (nepřímá infračervená), která kombinuje světlo z více dalekohledů, dokázal tento výzkumný tým zachytit v reálném čase rychle se měnící podmínky po výbuchu.

Nova je astronomický jev, který se vyskytuje v binárním hvězdném systému, když bílý trpaslík odčerpává vodíkový plyn ze své doprovodné hvězdy. Tato akce vyvolává nekontrolovanou termonukleární reakci na jejím povrchu, což způsobuje prudký nárůst jasnosti, díky čemuž se zdá, že na nočním nebi se objevila „nová hvězda“. Dosud astronomové mohli odhadovat počáteční fáze těchto událostí pouze nepřímými metodami, jelikož materiál vyvržený bezprostředně po explozi je obvykle velmi malý a obtížně pozorovatelný.

„Toto je pohled na to, jak se z hvězdy vyvrhuje materiál po výbuchu,“ uvedla Gail Schaefer, vedoucí Chara Array. „Zachycení takovýchto přechodných událostí vyžaduje flexibilní noční program, který se může přizpůsobit s ohledem na nově identifikované cíle.”

Dvě velmi odlišné novae

Tým vedený Schaeferem pozoroval dvě události: V1674 Herculis a V1405 Cassiopeiae. První z nich je jednou z nejrychlejších nov, jaké byly dosud pozorovány, dosahující jasnosti v viditelném spektru za méně než 16 hodin od objevu, a poté se rychle vytrácí během několika dní. Na druhou stranu V1405 potřeboval 53 dní, aby dosáhl svého vrcholu, přičemž si udržoval jasnost téměř 200 dní.

Snímek V1674, pořízený jen 2-3 dny po jeho objevu, ukazuje výbuch, který rozhodně není symetrický. Jsou zde dvě rozlišné proudy vyvrženého materiálu – jeden směřuje na severovýchod a druhý na jihozápad – a protáhlá eliptická struktura je téměř kolmá na tyto proudy. Pro vědce je to přímý důkaz toho, že výbuch bílého trpaslíka zahrnoval více vyvržení materiálu, které na sebe vzájemně působily.

Spektroskopická pozorování také odhalila různé rychlosti v Balmerově sérii atomů vodíku. Zatímco absorpční čára před vrcholem dosahovala přibližně 3 800 km/s, komponenta, která se objevila později, dosáhla zhruba 5 500 km/s.

Časování je významné. Nový proud se objevil v snímku současně s detekcí vysoce energetických gamma paprsků od NASA nalezených teleskopem Fermi. Náraz mezi prouty, které cestovaly různými rychlostmi, vygeneroval silnou rázovou vlnu, jež byla zodpovědná za emisi gamma paprsků.

Ale data týkající se V1405 byla ještě překvapivější. V prvních dvou pozorováních blízko vrcholu měla centrální jasná oblast velmi málo vyvrženého materiálu kolem sebe. Centrální oblast měla průměr přibližně 0,99 miliarcosekond a po převedení na vzdálenost to odpovídá poloměru asi 0,85 au (astronomická jednotka, vzdálenost mezi Zemí a Sluncem).

Kdyby byl vyvržen na začátku procesu, vnější vrstva by se měla expandovat po dobu 53 dnů a měla by mít průměr mezi 23 a 46 au. Tento obrovský rozdíl ukazuje, že většina vnější vrstvy nebyla nakonec zcela vyvržena, ani po více než 50 dnech. Jinými slovy, se domnívá, že vnější vrstva V1405 byla stále obklopena společným obalem, který obklopoval celý binární systém až do vrcholu viditelného jasnosti.

Při třetím pozorování byla struktura dramaticky odlišná. Centrální jasná oblast představovala pouze zhruba polovinu celkového vyzařování, zatímco zbytek byl emitován rozšířenou oblastí. V této fázi se také objevila široká složka vyzařování okolo 2 100 km/s. Později vyvržení materiálu vygenerovalo nové rázové vlny a byly pozorovány vysoce energetické emise.

Přirozená laboratoř vesmíru

Tato pozorování ukazují, že novae jsou mnohem složitějšími jevy než jen jednoduchý výbuch. Data shromážděná teleskopem Fermi za posledních 15 let detekovala gamma paprsky v řádu gigaelektronvoltů pocházejícími z více než 20 nov, které tak mohou být považovány za přirozenou laboratoř pro studium rázových vln a akceleraci částic.

Konkrétně pozorování V1405 naznačují, že orbitální pohyb obou hvězd, které tvoří binární systém, může působit jako síla, která vyhání expandující vnější vrstvy v důsledku exploze. U nov, které se vyvíjejí pomaleji, mohou tyto expandující vrstvy obklopovat celý binární systém po dobu několika týdnů. Takovéto jevy nabízejí vzácnou příležitost přímo sledovat evoluční proces dvou hvězd, které se přiblížily příliš blízko. Tento proces se odhaduje, že probíhá u více než 10 % hvězd ve vesmíru, nicméně detailní mechanismy zůstávají do značné míry neznámé.

Původně považované za jednoduché výbuchy, novae se ukazují jako mnohem bohatší a složitější události, než jsme si mysleli. Díky technikám jako přímé snímání pomocí Nir začíná vyplouvat pravá podstata některých nejpůsobivějších projevů vesmíru.

Tento článek se původně objevil na Wired Japan.