Výzkumy v ASU AV ČR (171): Historické zjasnění rentgenové dvojhvězdy s černou dírou KV UMa

Rentgenové dvojhvězdy jsou binární objekty, kde jedna ze složek je kompaktní, tedy zkolabovaná hvězda – buď neutronová hvězda nebo černá díra. Tato složka je příjemcem hmoty z druhé komponenty (často poměrně normální hvězdy), látka na ni přetéká přes rovnovážný bod mezi oběma složkami. Okolo příjemce se z přenášené hmoty vytváří rozlehlý akreční disk. Změny v akrečním disku někdy vyvolávají překotné změny jasnosti soustavy na nejrůznějších časových škálách. 

Poměrně nepravidelně se ve světelných křivkách některých rentgenových dvojhvězd objevují velmi výrazná zjasnění (vzplanutí), které zřejmě souvisí s nestabilitou látky v akrečním disku. Ta vede k občasným zjasněním i o 5 magnitud, což představuje zvýšení intenzity na stonásobek. K těmto zjasněním dochází v optickém i rentgenovém oboru a mohou trvat dny i měsíce. Nepravidelnost, s níž tato vzplanutí obvykle nastávají, činí velmi důležitými i pozorování pomocí fotografických desek. Tato měření totiž umožňují zachytit aktivitu těchto objektů i v době, kdy ještě nebyly k dispozici rentgenová pozorování z umělých družic. 

KV UMa je nízkohmotnostní rentgenová dvojhvězda, kde přijímající složkou je černá díra s hmotností kolem 7 hmot Slunce. Druhou složkou je hvězda hlavní posloupnosti spektrálního typu K5V až M1V. Obě složky okolo sebe oběhnou přibližně za 4 hodiny. Systém najdeme, jak už označení napoví, v souhvězdí Velké medvědice. 

Z moderní historie je známo, že KV UMa prošla výraznými zjasněními (ve viditelném i rentgenovém oboru) v letech 2000 a 2005. V roce 2000 měl hlavní vrchol jasnosti i méně výrazného předchůdce, vrcholové svítivosti obou těchto událostí jak v optickém, tak v rentgenovém oboru ale byly porovnatelné, oddělené rozsáhlým poklesem jasnosti. V optickém oboru nastalo zjasnění o něco dříve než v rentgenovém. Nízký poměr svítivosti v rentgenovém a optickém oboru naznačuje, že optické záření bylo vyvoláno viskózním ohřevem v disku. Pozorování v infračerveném oboru dále svědčí o přítomnosti polárního výtrysku. Zjasnění v roce 2005 bylo podstatně kratší než to v roce 2000 a svého předchůdce nemělo. 

Je zřejmé, že některé rentgenové dvojhvězdy opakovaně procházejí výraznými zjasněními s dlouhými obdobími relativního klidu mezi nimi. Abychom pochopili a vysvětlili dlouhodobou aktivitu těchto objektů a změny, k nimž během těchto událostí dochází, je zapotřebí mít k dispozici co možná nejvíce pozorovaných událostí a hledat vzájemné podobnosti jednotlivých vzplanutí a vztahy mezi nimi. 

Naštěstí astronomové zaznamenávali pravidelně hvězdnou oblohu i v době předelektronické, a to na fotografické desky. Digitalizované desky jsou k dispozici například v archívu DASCH (Harvard), odkud je pro své studie využívá i Vojtěch Šimon ze Stelárního oddělení ASU. 
Zorné pole v okolí KV UMa bylo zachyceno na více než 1500 fotografických deskách archívu DASCH, na nichž Vojtěch Šimon měřil jednak jasnost této dvojhvězdy, ale také mezní jasnost nejslabších zachytitelných objektů na desce. Obě informace mají svoji váhu. Jasnost nejslabších zachytitelných hvězd i jasnost pozadí totiž dává informaci o limitu jasnosti KV UMa, pokud ji na této konkrétní desce nebylo možné identifikovat, protože byla velmi slabá (což byla na valné většině studovaných fotografických desek, kdy byla KV UMa ve stavu klidu).

Pečlivým průzkumem objevil V. Šimon další komplikované zjasnění KV UMa, které se odehrálo v letech 1927-1928. Jeho profil byl zachycen na celkově jedenácti fotografických deskách. Stejně jako v roce 2000, i toto zjasnění bylo dvojvrcholové, odstup mezi hlavním vrcholem a jeho předchůdcem byl ale výrazně delší než v roce 2000. Autor porovnával světelné křivky všech tří známých zjasnění tak, že je přes sebe přeložil, přičemž nejlépe popsané zjasnění z roku 2000 použil jako šablonu. Zdá se, že všechna tři zjasnění si jsou svým průběhem v čase v některých fázích velmi podobná, což znamená i podobnosti ve fyzikálních procesech těchto vzplanutí. Ve všech případech se dá očekávat, že zjasnění má svůj původ v proměnné ionizaci disku a rozdílné odstupy mezi hlavním vrcholem jasnosti a jeho předchůdcem zřejmě souvisejí s rozdílným množstvím látky akumulované v akrečním disku během klidové fáze. Množství akumulované látky také zřejmě ovlivňuje celkovou délku vzplanutí, které bylo v roce 2000 nezvykle dlouhé a naproti tomu v roce 2005 velmi krátké. Byla nalezena ještě i ojedinělá zjasnění v letech 1934 a 1971, ta jsou však zachycena vždy jen na jediné fotografické desce a není proto možné zjistit, zda šlo o zjasnění podobná třem již diskutovaným, nebo zda šlo o zvýšení jasnosti jiného typu.

Zpracovaná časová série fotografických desek tedy umožňuje studovat aktivitu KV UMa na časové škále asi sto let a zachytit tak, jak se vyvíjela s časem. Žádná jiná záznamová technologie než fotografie není totiž schopná poskytnout data pro studium dlouhodobé aktivity podobných objektů. Tato studie každopádně ukazuje důležitost pečlivého průzkumu již existujících pozorování, což je činnost, která je moderní astronomií nepochopitelně opomíjena. 

REFERENCE

V. Šimon, Outbursts of the black hole X-ray transient KV UMa (XTE J1118+480) in the optical band, Publications of the Astronomical Society of Australia 37 (2020) article id. E003. 

KONTAKTY

RNDr. Vojtěch Šimon, Ph.D. 
simon@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.