Výzkumy v AsÚ AV ČR (140): Češi objevili první chemicky pekuliární A hvězdu s pulzacemi v těsné dvojhvězdě

Označení „chemicky pekuliární“ se přidává ke hvězdám, jejichž chemické složení je nějakým způsobem anomální. Nitro těchto hvězd nejspíše odpovídá běžným hvězdám stejného typu na hlavní posloupnosti, chemické anomálie se vyskytují výhradně v jejich atmosférách. Podle současných modelů se musí jednat o hvězdy v horní části hlavní posloupnosti se stabilními a klidnými atmosférami, typicky pomalu rotujícími. Ke slovu pak přicházejí velmi pomalé procesy zářivé difúze, kdy působením záření dochází k separaci chemických prvků.

Dlouhodobým působením tohoto jevu mohou být „na povrch“ vyneseny těžší prvky, například prvky skupiny železa nebo prvky vzácných zemin. Některé z těchto hvězd ještě navíc mají silná magnetická pole, nejčastěji dipólová, s osou skloněnou vůči ose rotace, která dlouhodobě stabilizuje výskyt celých skvrn anomálního chemického složení v atmosférách těchto hvězd. 

Mezi takové typy hvězd patří i hvězdy označované jako Ap, chemicky pekuliární hvězdy spektrálního typu A. Ty patří do širší skupiny hvězd označovaných jako CP2, tedy chemicky pekuliární typ 2 s magnetickým polem. Tyto hvězdy jsou relativně často (asi v polovině případů) ve vícehvězdných systémech, znám je však jediný systém, který by se dal označit jako těsný, s periodou oběhu složek méně než tři dny. Absence výraznějšího zastoupení krátkoperiodických Ap dvojhvězd podporuje jednu z teorií vysvětlujících vznik CP2 hvězd coby výsledek sloučení složek těsné dvojhvězdy.

Hvězda HD 99458 byla pozorována v rámci kampaně mise K2, tedy náhradního programu dalekohledu Kepler po selhání stabilizace s pomocí reakčních kol. Hvězda byla podezřelá z vlastnictví extrasolární planety. Rozsáhlý autorský tým zahrnující dvě desítky astronomů z Čech, Slovenska a Německa zpracovával 80denní sekvenci fotometrických měření této hvězdy obsahující 3500 datových bodů. Dále v letech 2017 a 2018 získali 58 spekter z pozemních přístrojů, především z dvoumetrového Perkova dalekohledu v Ondřejově a pak z 60cm dalekohledu ve Staré Lesné na Slovensku. 

Tato hvězda byla opakovaně pozorována jinými přehlídkovými projekty. Na základě těchto údajů, včetně údajů z uvolněného katalogu družice Gaia, určili autoři vlastnosti hlavní složky předpokládaného systému. Z hvězdných modelů stanovili hmotnost, poloměr a věk hvězdy. To umožnilo vypočítat teoretický model spektra takové hvězdy, které pak porovnávali se spektrem změřeným. Bylo tak možné získat odhad rotační rychlosti hvězdy a také jejího chemického složení.  Autoři získali důkazy pro nadbytek prvků jako je křemík nebo titan, což je neklamnou známkou chemické pekuliarity. 

Spektroskopické a fotometrické datové série pak použili k určení parametrů další složky systému, a to mimo jiné s pomocí populárního programu PHOEBE. Ve světelné křivce jsou dobře patrné oba zákryty symetricky v protifázi, což odpovídá kruhové dráze. Mimo zákryt však nebyla světelná křivka konstantní, zřejmě z důvodu existence skvrn s odlišným chemickým složením. Tuto skutečnost modelovali s pomocí dvojice jasových skvrn, jejichž interpretace sice neodpovídá modelu Ap hvězdy, ale změny světelné křivky popisuje uspokojivě. 

Z analýzy vyplývá, že sekundární složka systému během zákrytu při pohledu ze Země disk primární komponenty jen škrábne. Podle výpočtů je druhou složkou hvězda hlavní posloupnosti s hmotností kolem poloviny hmotnosti Slunce, pravděpodobně tedy červený trpaslík. V reziduích světelné křivky byly dále objeveny pulzace, jejichž charakter odpovídá pulzacím hvězd typu delta Scuti. 

Hvězda HD 99458 je tedy vůbec první Ap hvězdou pozorovanou v systému těsné zákrytové dvojhvězdy. Navíc pulzuje zřejmě ve více módech neradiálních pulzací s různými periodami. Autoři věnovali velké úsilí vyloučení alternativních hypotéz. Ukazují například, že pozorované pulzace nemohou být kontaminací měření hvězdy jinou hvězdou v zorném poli dalekohledu, ale ani chybnou interpretací povrchové granulace na povrchu sekundární složky. Dále vyloučili, že by fotometrické změny mimo zákryt mohly snad pocházet z disku obklopujícího primární složku. Navíc ukazují, že i když je dráha sekundární složky cirkularizovaná, oběžná rovina není kolmá na směr rotační osy primární komponenty. 

Celkově jde tedy o nesmírně zajímavý systém, který si zasluhuje další sledování. Oproti původnímu očekávání totiž nejde o hvězdu a planetu, ale o těsnou dvojhvězdu s parametry, které doposud nebyly u chemicky pekuliárních hvězd pozorovány. Existence takového systému například vrhá stín nejistoty na předpokládanou teorii vzniku Ap hvězd sloučením těsné dvojhvězdy. Zde ke sloučení nedošlo a přesto je hlavní komponenta již Ap hvězdou. Je přitom prakticky vyloučeno, aby byla Ap hvězda původně ještě těsnější dvojhvězdou, takový systém by byl krajně nestabilní. 

Dlužno podotknout, že není jasné, jak vůbec chemická pekuliarita vznikla v podmínkách rychlé rotace, přítomných pulzací a slapového působení blízkého souputníka. Také nejasná vazba magnetických polí obou komponent s pozicí chemických skvrn zasluhuje dalšího sledování. A tak nezbývá než doufat, že objev týmu s výraznou stopou z ASU bude stimulovat další astrofyzikální výzkum tohoto zajímavého systému. 

O objevu jsme infomovali také zde.

REFERENCE

M. Skarka, P. Kabáth a kol., HD 99458: First time ever Ap-type star as a δ Scuti pulsator in a short period eclipsing binary?, Monthly Notices of Royal Astronomical Society v tisku, preprint arXiv:1906.01877
Tisková zpráva ÚTFA MU a ASU 

KONTAKTY

Mgr. Marek Skarka, Ph. D.
marek.skarka@asu.cas.cz
Dipl.-Phys. Petr Kabáth, dr. rer. nat.
petr.kabath@asu.cas.cz
Stelární oddělení Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Stelární oddělení ASU AV ČR

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.