Výzkumy v ASU AV ČR (229): Dva nově odhalení průvodci vyvinutých obřích hvězd

Když byla v roce 1995 objevena první extrasolární planeta u hvězdy podobné Slunci, nikdo asi netušil, jaké důsledky tento objev bude mít. Vznikla zcela nová astronomická disciplína, dedikované přístroje vznikaly na běžícím páse, hledání extrasolárních planet mělo obrovskou podporu grantových agentur. Výsledky na sebe nenechaly čekat, a tak dnes známe přes pět tisíc planet kolem cizích hvězd. Dlužno podotknout, že tento vzorek ani zdaleka nepokrývá všechny spektrální typy hvězd. Dvě nejpoužívanější metody, metoda analýzy radiálních rychlostí a metoda tranzitní, totiž mnohem lépe fungují pro hvězdy podobné Slunci. Pro hvězdy hmotnější se objevují komplikace snižující citlivost obou metod, které vyplývají jednak z obecně většího rozměru hvězdy, což snižuje citlivost tranzitní metody, a také z toho, že tyto hvězdy typicky rychleji rotují, což snižuje citlivost metody radiálních rychlostí. Bez ohledu na to, že hmotnější hvězdy mají typicky významně menší množství tenkých spektrálních čar vhodných pro spektroskopickou metodu. 

Naproti tomu vyvinuté hvězdy středních hmotností některými z těchto problému netrpí. Díky tomu, že jsou pozdním vývojovým stádiem a jejich těleso je rozepnuto, obvykle rotují pomaleji. Současně jsou typicky chladnější, takže u nich najdeme množství spektrálních čar vhodných pro měření radiálních rychlostí a odhalování dosud skrytých souputníků. 

U obrů spektrální třídy K bylo doposud objeveno jen asi 150 extrasolárních planet, což jsou zhruba tři procenta celkového počtu. Obří hvězdy nejsou v obvyklém hledáčku extrasolárních hledačů, a přitom jsou pro pochopení formace planetárních soustav ve vesmíru úplně stejně důležité jako hvězdy slunečního typu. V zásadě dnes odborníci preferují dva scénáře vzniku planetárních systémů. Jednak model diskové nestability, podle nějž by vznik exoplanet neměl příliš záviset na typu hvězdy. Na druhé straně je zde model jádrové akrece, který předpovídá, že počet obřích planet by měl růst se zvětšující se hmotností hvězdy. Současná pozorování lehce preferují druhou možnost, ale ani ta první není zdaleka vyloučena. 

Marie a Raine Karjalainen ze Stelárního oddělení ASU v roce 2010 začali s hledáním průvodců obřích hvězd mezi stálicemi pozorovanými družicí Kepler. U těchto hvězd prováděli pozemní spektroskopická pozorování s cílem pokrýt je co možná nejhustěji po co nejdelší dobu. Systematicky se tým zabývá asi stovkou hvězd a k pozorování využívá hned několik dalekohledů na světě, včetně Perkova dalekohledu ASU v Ondřejově. Objev prvního souputníka u sledovaných hvězd byl oznámen v roce 2017, další následují nyní. Pozorování Perkovým dalekohledem v Ondřejově byla kalibrována s pomocí jodové cely, díky níž jsou získaná měření přesnější a mají menší systematické chyby. Kromě popisu hvězdných systémů je tak představovaná práce vůbec první publikací, v níž byla použita měření provedená v Ondřejově s pomocí jodové cely. 

První objev se týká hvězdy s označením KIC 3526061. Tento rudý obr s hmotností přesahující 1,3násobek hmotnosti Slunce a rozměrem 5,8 průměrů Slunce se nachází ve vzdálenosti asi 1300 světelných let. V rámci projektu byla tato hvězda sledována systematicky od roku 2012 s pomocí čtyř teleskopů. Spektroskopická pozorování s vysokým rozlišením umožnila týmu astronomů znovu odvodit základní parametry hvězdy, které byly v souladu s údaji uvedenými v literatuře jinými autory. Oproti Slunci má hvězda poněkud vyšší metalicitu. V křivce radiálních rychlostí byly nalezeny známky souputníka „cloumajícího“ primární složkou, jehož projektovaná hmotnost odpovídala 18,15násobku hmotnosti Jupitera. Druhá složka oběhne tu první za 3552 dní po trajektorii s vysokou excentricitou 0,85. Takto výstředná dráha s velkou poloosou je velmi neobvyklá, mezi známými oběžnicemi obřích hvězd je druhá nejvyšší. Původ vysoké výstřednosti je v současnosti ne zcela jasný, neboť podle modelů by měly planety vznikat spíše na kruhových drahách a na výstředné přejít až v důsledku následných dynamických procesů. Ty obvykle vyžadují přítomnost více těles v systému, pro něž však u KIC 3526061 nejsou důkazy. 

Sekundární složka je nejspíše hnědým trpaslíkem. Hmotový poměr i neobvyklá dráha z hlediska vzniku svědčí spíše pro vznik gravitační nestabilitou v disku, podobně jako vznikají hvězdy. U hvězdy nebyla zaznamenána žádná významná hvězdná aktivita. Některé z možných indikátorů aktivity poukazují na možný cyklus s délkou kolem 180–190 dní, tuto hodnotu je však posuzovat velmi opatrně, neboť je blízká délce poloviny roku, což může znamenat falešnou periodu související s pozorováním hvězdy ze Země. 

Druhý objev byl učiněn u hvězdy HD 187878. Hvězda s 2,6násobkem hmotnosti Slunce a rozměrem 11,2krát větším než Slunce je ve vzdálenosti 194 parseků. Oproti předchozí má sluneční metalicitu a podezření na souputníka odhalily již první výsledky z astrometrické družice Gaia, když vědci porovnali její astrometrická měření s těmi z devadesátých let minulého století z družice Hipparcos. To se nyní potvrdilo z dvanácti let spektroskopických pozorování. Sekundární složka obíhá primární po mírně výstředné trajektorii s oběžnou dobou 1452 dní. Projektovaná hmotnost určená z metody radiálních rychlostí odpovídá hodnotě 78,4 hmotnosti Jupitera. Díky astrometrickým údajům z již zmíněných družic Hipparcos a Gaia je však možné určit sklon oběžné dráhy a skutečná hmotnost oběžnice je tak 535 hmotností Jupitera, tedy přes půl hmotnosti Slunce. 

Tato oběžnice je tedy nejspíše málo hmotnou hvězdou. Autoři článku u primární složky nenalezli žádné známky stelární aktivity. 

Tíha výsledků práce tak spočívá především v prvním z oznámených objevů. Přítomnost hnědého trpaslíka obíhajícího vyvinutou hvězdu po vysoce excentrické dráze s velkou poloosou je značně neobvyklá. Tento cíl si jistě zaslouží následná pozorování. Dodatečné studium by totiž mohlo přinést důležité indicie směřující k odpovědi na otázku, jakým mechanismem se planety v okolí hvězd vlastně formují, a tedy i jak se v minulosti zformovala Sluneční soustava. 

REFERENCE

Marie Karjalainen, Raine Karjalainen a kol., Companions to Kepler giant stars: A long-period eccentric substellar companion to KIC 3526061 and a stellar companion to HD 187878, Astronomy & Astrophysics v tisku, preprint arXiv:2209.11096

KONTAKTY

Mgr. Marie Karjalainen, Ph.D.
marie.karjalainen@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.