Výzkumy v ASU AV ČR (49): Vliv rentgenového záření na charakter hvězdných větrů v dvojhvězdách s hmotnou komponentou
Dvojhvězdy s hmotnou komponentou jsou známými zdroji rentgenového záření. Zdrojem tohoto záření je nejčastěji akrece materiálu na druhou (často kompaktní) komponentu nebo srážky. V systému též najdeme obvykle horký hvězdný vítr vanoucí od hmotné komponenty, který může být v některých případech zdrojem materiálu pro akreci. Vzhledem k tomu, že horké hvězdné větry jsou hnané tlakem záření, je urychlovací mechanismus citlivý na stav ionizace materiálu, a ten může být sekundárně ovlivněn rentgenovým zářením. Problematice se věnuje představovaná práce, jejímž spoluautorem je Jiří Kubát z ASU.
Rentgenová dvojhvězda s hmotnou komponentou je v typické konfiguraci složena z masivní horké hvězdy a kompaktního objektu (nejčastěji bílého trpaslíka nebo neutronové hvězdy). V tomto systému dochází často k přetoku určité části hmoty z primární na sekundární komponentu, a to ať už formou hvězdného větru vanoucího z hmotné složky, nebo přetokem přes librační bod. Tento materiál je pak zachycen gravitací sekundární komponenty a ukládán (akreován) na jejím povrchu. Tento proces je silným zdrojem rentgenového záření. Svítivosti, dosahované tímto procesem, běžně dosahují hodnot 1030 W v rentgenové části spektra, což o celé čtyři řády přesahuje svítivost Slunce v celém oboru spektra.
Hydrodynamika tohoto procesu je velmi složitá a není v silách současné fyziky postihnout všechny potřebné procesy dostatečně detailně. Studie se nejčastěji zabývají dynamikou předávání hmoty z primární na sekundární komponentu, přičemž se velmi často zanedbává zpětná vazba retgenového zdroje na urychlování větru kolem masivní komponenty. Větry hmotných hvězd jsou totiž hnány tlakem záření, vyvolaným absorpcí záření těžšími prvky (uhlíkem, dusíkem nebo železem). Jsou-li tyto prvky ionizovány rentgenovým zářením, je jejich schopnost absorpce menší. V důsledku toho je i tlak záření menší a klesá i přetok hmoty hvězdným větrem možná až do situace, kdy vítr vůbec nevznikne.
Autorský tým, jehož součástí byl i J. Kubát z ASU, se vydal jinou cestou, než je plný hydrodynamický popis. Zjednodušil popis přenosu hmoty mezi oběma hvězdami a naopak kladl důraz na detaily popisu přenosu rentgenového záření společnou obálkou hvězd a ionizaci materiálu tímto zářením. Řešili rovnice tzv. zářivé hydrodynamiky v non-LTE přístupu. To znamená, že uvažovali skutečně detailní popis interakce záření s látkou.
Vypočítali a publikovali síť modelů, které obsahují jako primární komponenty hvězdy typu O s povrchovými teplotami mezi 30 000 a 42 500 K a sekundární komponentu, z níž zůstal jako podstatný pouze zdroj rentgenového záření o různé intenzitě v různé vzdálenosti od primáru.
Z výzkumu vyplývá, že se v systému vždy najdou situace, kdy je svítivost rentgenového zdroje tak vysoká, nebo se tento zdroj nachází tak blízko, že vůbec nedojde ke vzniku stabilního hvězdného větru. Rentgenové záření ionizuje materiál a účinně snižuje jeho opacitu, takže materiál původně urychlovaný zářením hvězdy zpomaluje a je gravitací přitažen zpět na hvězdu.
Existenci této zakázané oblasti otestovali autoři porovnáním se známými rentgenovými dvojhvězdami s hmotnou složkou. Zjistili, že žádný z těchto exemplářů se nenachází v zakázané oblasti, tedy v souladu s hypotézou. Navíc si autoři povšimli, že až podezřele mnoho skutečných rentgenových dvojhvězd se nachází velmi blízko hranice zakázané zóny. Autoři usoudili, že v těchto systémech podléhá intenzita hvězdného větru samoregulaci. Jakmile se zvýší intenzita druhotného rentgenového záření, naroste ionizace materiálu, zpomalí se hvězdný vítr a tím se sníží rychlost akrece látky na sekundár. Intenzita zdroje tedy poklesne, poklesne i ionizace materiálu a vítr se zrychlí, čímž se zrychlí i akrece a cyklus se opakuje.
Autoři přiznávají, že jejich model není dokonalý, to však ani nebylo jejich cílem. Přesvědčivě však ukazují, že zpětná vazba rentgenového záření na materiál hraje pro jeho dynamiku v určitých systémech velmi důležitou roli. Autoři se nezabývali modelováním konkrétních hvězdných systémů, ale dali komunitě k dispozici síť modelů, v nichž mohou jiní popis pro jednotlivé objekty vyhledávat. I to je v astrofyzice cenné.
Reference:
Krtička, J., Kubát, J., Krtičková, I., X-ray irradiation of the winds in binaries with massive components, Astronomy & Astrophysics 579 (2015) A111, arXiv:1505.03411
Kontakt:
doc. RNDr. Jiří Kubát, CSc., kubat@sunstel.asu.cas.cz
Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v.v.i.