Výzkumy v ASU AV ČR (186): Dlouhodobá aktivita mezi kosmickými vrtulemi

Kataklyzmické proměnné patří mezi nejzajímavější skupiny objektů ve vesmíru. Z definice jde o dvojici hvězd, z nichž jedna je stále na hlavní posloupnosti nebo se od ní odklání, zatímco ta druhá již prošla rozhodující fází svého vývoje a v systému zůstává ve formě degenerované složky, v našem případě bílého trpaslíka. Důležitou vlastností definující kataklyzmické proměnné je přetok hmoty z méně vyvinuté složky na složku degenerovanou. Podle stavu jednotlivých komponent se pak v systému může vytvářet akreční disk okolo degenerované komponenty. Pokud má bílý trpaslík silné  magnetické pole, je přenášená látka strhávána tímto polem a vytváří pak různé struktury proudu plynu. 

I mezi těmito skupinami lze najít neobvyklé systémy. Mezi ně patří například systémy označované anglickým slovem propeller, zde se omezíme na český překlad „vrtule“, protože docela dobře vyjadřuje, co se v systému děje. V případě vrtulí silně zmagnetizovaný bílý trpaslík velmi rychle rotuje kolem své osy. Magnetické pole je v okolí trpaslíka strháváno jeho rotací a směrem k povrchu degenerované hvězdy jeho intenzita roste. Látka přicházející od méně vyvinuté složky je přitahována gravitací bílého trpaslíka, ale někde hlouběji v jeho magnetosféře se najde bod, kde se náporový tlak padajícího materiálu vyrovná tlaku magnetického pole a ionizované plazma nemůže dále postoupit. Místo toho je zde látka efektivně strhávána a urychlena („popohnána“) rychle rotující magnetosférou ven ze systému. Pouze velmi malé množství hmoty, typicky kolem jednoho procenta, ve výsledku dosáhne povrchu bílého trpaslíka. 

Vojtěch Šimon z ASU se ve své studii zaměřil na sledování dlouhodobé optické aktivity hned dvou zástupců těchto kataklyzmických vrtulí. AE Aquarii leží v souhvězdí Vodnáře ve vzdálenosti asi 91 parseků. Je tvořena rozepnutou hvězdou spektrální třídy K0 až K4 obíhanou jednou za 9,9 hodiny bílým trpaslíkem s velmi rychlou rotací (jedna otočka každý 33 sekund). Optickou emisi dominuje rozepnutá hvězda, v systému se ovšem často (i několikrát za noc) objevují silné záblesky trvající  typicky několik minut, přičemž tyto události se často shlukují v čase. Autoři argumentují, že kontinuální přítok hmoty z dárcovské hvězdy se v okolí trpaslíka fragmentuje na shluky, které jeden po druhém procházejí vrtulovým mechanismem. Záblesky by pak byly způsobeny chladnoucími chuchvalci roztrhaného akrečního proudu, které byly tímto mechanismem navíc urychleny. 

Autor představované studie analyzoval přehlídková CCD data pokrývající téměř deset let (The All Sky Automated Survey). Ukazuje, že světelná křivka složená s orbitální periodou systému vykazuje poměrně velký rozptyl bodů, které mají svůj původ v reálných světelných změnách. Toto lze interpretovat jako skutečnost, že ke zjasněním dochází v libovolné orbitální fázi, ale jejich četnost kolísá pro různé roky. V období dlouhodobě nízké aktivity záblesky ustávají zřejmě kvůli přerušení přítoku hmoty od dárcovské hvězdy. Je zajímavé, že histogram jasností záblesků u AE Aqr je podobný histogramu záblesků zdroje Sgr A*, který je spojen s černou veledírou v centru naší Galaxie. 

Druhá kataklyzmická proměnná ze stejné skupiny, AR Scorpii, je kombinací červeného trpaslíka spektrální třídy M5V a rychle rotujícího bílého trpaslíka s periodou otočky necelé 2 minuty. Optická aktivita je silně ovlivněna oběžnou periodou s délkou 3,56 hodiny. Za zmínku stojí, že AR Sco je prvním známým rádiovým pulsarem, jehož původcem není neutronová hvězda jako obvykle, ale právě bílý trpaslík. Osa magnetosféry bílého trpaslíka téměř leží v oběžné rovině dvojhvězdy. Rádiový kužel směřující z magnetických pólů tak pravidelně prochází druhou složkou, z pohledu akrece je pak kvůli geometrickým podmínkám interakce s magnetosférou trpaslíka velmi komplikovaná. 

Tato hvězda byla sledována mnohem delší dobu, její jasnost byla epizodicky zachycena i na archivních  fotografických deskách v DASCH (Digital Access to a Sky Century @ Harvard) a CCD snímcích z projektu The Catalina Real-time Transient Survey. Studovaná datová řada tak pokrývá více než sto let. I zde je ve světelné křivce patrná modulace s orbitální periodou. Tato modulace vzniká interakcí magnetického pole bílého trpaslíka a jemu přivrácené části chladné průvodcovské hvězdy. U AR Sco se zdá, že ve fázi 0,7 je rozptyl hodnot větší než ve fázi 0,2. Vzhledem k dipólové konfiguraci magnetického pole bílého trpaslíka z toho vyplývá, že závětrná strana jeho magnetosféry je k nestabilitám ústícím ve zjasnění více náchylná než strana návětrná. Celková stabilita modulace ale svědčí pro to, že pokud rotační osa bílého trpaslíka podléhá precesi, tak k ní dochází na škálách mnohem delších než století. Dále se nepotvrdilo, že by aktivita dvojhvězdy nějak souvisela s cykly aktivity magnetického pole dárcovského červeného trpaslíka. 

Rychlá rotace bílých trpaslíků v obou systémech svědčí pro to, že tyto dvojhvězdy v minulosti musely projít fází s velmi masivním přenosem hmoty mezi složkami. V obou případech jsou za náhlými nárůsty jasnosti změny v proudu látky z méně vyvinuté složky, která je rychle rotující magnetosférou bílého trpaslíka vymrštěna do okolního prostoru. Optická emise z povrchů bílých trpaslíků k pozorovaným světelným změnám příliš nepřispívá. Charakter aktivity vrtulí také zřejmě úzce souvisí s orientací osy magnetického pole trpaslíka.  

REFERENCE

V. Šimon, The long-term optical activity of the propellers AE Aquarii and AR Scorpii, Publications of the Astronomical Society of Japan, 72 (2020) 35 (1-8). 

KONTAKT

RNDr. Vojtěch Šimon, Ph.D.
vojtech.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.