Výzkumy v ASU AV ČR (218): Zahalená dvojhvězda UU Cas

Stelární astrofyzika využívá pro zisk informací o vzdálených hvězdách a jejich soustavách převážně bodová pozorování, protože jiná nejsou v principu k dispozici. Hvězdy noční oblohy jsou jednoduše příliš daleko na to, abychom je mohli uspokojivě prostorově rozlišit. Nejčastěji jsou využívána měření fotometrická, tedy měření jasnosti vzdálené hvězdy, a pak měření spektroskopická, tedy pozorování spektra elektromagnetického záření. Sofistikovanými metodami trpělivě vyvíjenými po desetiletí je pak možné se o hvězdách dozvědět základní parametry, jako např. hmotnosti, povrchové teploty nebo právě násobnost v případě, že dvojhvězdu nebo vícenásobnou soustavu nelze rozlišit v dalekohledech. 

Nerozlišitelná je i dvojhvězda UU Cas, nacházející se na severní obloze v souhvězdí Kassiopeji. Dvojice horkých hvězd spektrálního typu B se vzájemně oběhne za přibližně 8,5 dne. I když se nachází ve vzdálenosti asi 2600 parseků, je poměrně jasná. Hvězdná velikost 9,74 magnitudy je dostačující k zisku přesných fotometrických i spektroskopických dat nutných k vytvoření spolehlivého modelu dvojhvězdy. 

Hvězda UU Cas je na první pohled tzv. jednosložková. O dvojhvězdnosti jednoznačně svědčí fotometrická světelná křivka, avšak ve spektru jsou zřetelně pozorovatelné spektrální čáry jen jedné složky, jejichž dopplerovské posuny svědčí o oběhu kolem druhého tělesa. Protože ve spektru jsou pozorovány i emisní čáry například Balmerovy série vodíku, bylo záhy jasné, že v systému se nachází velké množství plynu, pravděpodobně ve formě akrečního disku, který přinejmenším částečně zakrývá druhou složku. Z toho též vyplývalo, že UU Cas je nejspíše těsnou dvojhvězdou s přenosem hmoty. Přítomnost disku byla identifikována také na základě fotometrických úvah. 

Některé dřívější práce spoluautorů však ukázaly, že přeci jen v některých fázích oběhu jsou spektrální čáry druhé komponenty přinejmenším částečně patrné. Následné řešení pro systém vedlo k závěru, že složka, která není vidět, je ve skutečnosti hmotnější než složka, která vidět je. Tím by mělo formálně dojít k přehození označení, která složka je primární a která sekundární, neboť ve stelární astronomii je obvykle ta hmotnější považována za primární. V literatuře tak vznikl zmatek. UU Cas je tedy systémem, kde lehčí složka s nižší teplotou je zdánlivě jasnější, zatímco těžší složka s vyšší teplotou a nepochybně i vyšší vlastní svítivostí je zdánlivě slabší kvůli stínění akrečním diskem. 

Dosavadní studie však parametry obou složek stanovovaly s neuspokojivou přesností. Petr Hadrava a Mauricio Cabezas z ASU spolu s rozsáhlým mezinárodním týmem se rozhodli znovu analyzovat měření dostupná v literatuře, k nimž ovšem připojili nová spektroskopická pozorování pořízená v průběhu let 2008 až 2021 na šesti různých světových observatořích, včetně té ondřejovské. Cílem práce bylo analyzovat spektroskopická pozorování metodou rozmotávání spekter. Tato metoda byla před mnoha lety navržena a úspěšně ozkoušena právě Petrem Hadravou, autorem programu KOREL. Spočívá v analýze sekvence spekter vzdáleného systému pořízených v různých oběžných fázích. Program pak umožňuje z celkového součtu separovat složky jednotlivých přispěvatelů k záření. V tomto případě bylo zapotřebí vzít v úvahu komponenty tři: dárcovskou a příjemcovskou hvězdu a okolohvězdnou hmotu. 

Protože dostupné spektrální série nejsou zcela srovnatelné, neboť byly pořízeny přístroji s různým rozlišením s různým pokrytím v rozsahu vlnových délek a také v různých epochách, zpočátku se ukázalo výhodnější analyzovat jednotlivé datové sady odděleně. Získaná jednotlivá orbitální řešení vykazovala poměrně velký rozptyl výsledků, u nichž však bylo možné stanovit míru věrohodnosti. Nejlepší řešení odpovídá systému dvou hvězd, kde hvězda dárcovská má hmotnost 5,24 Sluncí, zatímco hvězda příjemcovská 13,33 Sluncí. Kromě těchto hodnot byla výsledkem přirozeně oddělená spektra jednotlivých složek. 
S využitím sítě modelových syntetických spekter bylo možné také posoudit vlastnosti ukryté hvězdy. Například bylo zjištěno, že efektivní teplota hvězdy je kolem 22 000 K a zastoupení chemických prvků je obohaceno CNO cyklem. 

M. Cabezas modeloval pomocí volně dostupného programu MESA vývoj obou složek systému. Z modelů se zdá nejpravděpodobnější, že původní hmotnost dárcovské složky byla 11,5 Sluncí a příjemcovské 9,75 Sluncí, původní orbitální perioda byla 3,5 dne. Dárcovská složka se vyvinula rychleji, vyplnila Rocheův lalok a začala dodávat látku na druhou složku, čímž přišla o značnou část své hmotnosti. Hmotnostní poměr se tak převrátil. 

Dvojhvězda UU Cas je tak velmi zajímavým zástupcem horkých dvojhvězd, u nichž hraje ve vývoji velkou roli přenos látky mezi složkami. V budoucnosti by bylo jistě zajímavé odvodit detailní model včetně trojdimenzionální struktury akrečního disku. Jeho vlastnosti se totiž zřejmě v čase mění, jak se mění intenzita přetoku hmoty. K tomu bude ovšem zapotřebí mimo jiné pořídit i další pozorování. 

REFERENCE

P. Hadrava a kol., Spectroscopy of the massive interacting binary UU Cassiopeiae, Astronomy & Astrophysics v tisku, preprint arXiv:2201.13275

KONTAKT

doc. RNDr. Petr Hadrava, DrSc.
petr.hadrava@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.