Výzkumy v ASU AV ČR (67): Neobvyklé chemické složení zašpiněného bílého trpaslíka

V povědomí přinejmenším amatérských astronomů nebo poučených laiků se zájmem o astronomii zůstává bílý trpaslík coby velmi horká hvězda s nízkou hmotností a extrémní hustotou, kdy je do objemu srovnatelného se Zemí nahečmána látka s hmotností kolem poloviny hmotnosti Slunce. Těsně po svém vzniku jsou bílí trpaslíci skutečně velmi horkými objekty, ty však již nemají vnitřní zdroje tepla a proto nadále jen chladnou na tzv. posloupnosti chladnoucích trpaslíků. Velmi staří bílí trpaslíci proto dnes dosahují teplot srovnatelných s povrchovou teplotou Slunce.

Stejně tak se obecně soudí, že atmosféry bílých trpaslíků jsou jednoduché, složené především z vodíku a hélia, přičemž ve složení jejich těles převažují prvky jako kyslík, uhlík a dusík. Ve skutečnosti se však ukazuje, že spektra mnohých bílých trpaslíků (v přehledových číslech je takových asi čtvrtina všech) vykazují přítomnost vysokých koncentrací těžkých prvků jako je hořčík, hliník nebo i železo. Mezi odborníky se mluví o tzv. zašpiněných bílých trpaslících.

Těžké prvky se v atmosférách nemohou z nejrůznějších důvodů nacházet od gravitačního kolapsu původní hvězdy, ale musely se v nich ocitnout až následovně. Přirozeným vysvětlením jsou dopady zbytků planetárního systému, který původně hvězdu obklopoval. Pro tuto hypotézu svědčí i další pozorování, podle nichž asi pětina zašpiněných trpaslíků vykazuje zjevný přebytek infračerveného záření, což svědčí o přítomnosti pásu trosek s vysokým procentem prachu v bezprostředním okolí. Tyto objekty přímo poukazují na možnou budoucnost naší Sluneční soustavy.

Adélka Kawka a Stéphane Vennes z ASU se problematikou bílých trpaslíků zabývají dlouhodobě. Jejich nejnovější práce pojednává o výzkumu chladného bílého trpaslíka s označením NLTT 19868. První pozorování tohoto objektu byla oběma autory provedena v roce 2009 s pomocí spektrografu EFOSC2, jenž je napájen 3,58metrovým dalekohledem NTT observatoře La Silla v Chile. Již z nich bylo patrné, že se jedná o chladného bílého trpaslíka s množstvím čar kovů. V roce 2011 tak oba získali dodatečný pozorovací čas na přístroji X-shooter, připojeném na dalekohled Melipal, jeden z „osmimetrů“ observatoře Paranal v Chile. V rámci přiděleného pozorovacího času se podařilo nasnímat spektra s vysokým rozlišením v ultrafialové, viditelné i blízké infračervené oblasti spektra. Tato pozorování byla doplněna fotometrií z přehlídky 2MASS a z družice WISE.

Spektra byla porovnávána vůči síti atmosférických modelů, které oba autoři pro bílé trpaslíky napočítali již dříve. Vodíkové čáry Balmerovy série nejlépe odpovídají trpaslíku s efektivní teplotou 5230±100 K a NLTT 19868 tak patří mezi nejchladnější známé bílé trpaslíky. Hodnota získaná z fotometrických pozorování se od této mírně lišila, což autoři připisují kontaminaci fotometrie poblíž ležící hvězdou. Tato hypotéza byla také podrobnější analýzou potvrzena. Studovaný bílý trpaslík měl hmotnost 0,54 (chyby připouštějí rozsah 0,42 až 0,69) hmotností Slunce, chladne již po dobu 3,6±1,0 miliardy let a určen byl i vektor prostorové rychlosti. Z kinematických vlastností se zdá, že tento objekt patří k populaci tenkého galaktického disku. Spektra nesvědčí o přítomnosti silných magnetických polí.

Co se týče složení atmosféry, nejzastoupenějším prvkem zde je hořčík, nejméně zastoupeným pak železo. Pokud se chemické složení porovnává se složením Slunce, tak největší přebytek vůči vzoru vykazují prvky vápník a hliník, zatímco hořčíku a železa zde ve srovnání se Sluncem nalezneme pomálu. Poměr zastoupení železa k vápníku je dokonce vůbec nejnižší pro všechny známé bílé trpaslíky. Modelováním difúze prvků v atmosféře se vytříbila hypotéza, že zašpinění pochází od pohlcení objektu s chemickým složením podobným zemskému plášti. Tento objekt měl v okamžiku dopadu do atmosféry trpaslíka hmotnost asi 3×10²¹ kg (tedy asi tisícina Země) a k dopadu došlo před přibližně jedním milionem let.

Z astronomů se tak často stávají archeologové pracující na dálku. Studiem objektů a systémů vyvinutějších než Slunce a Sluneční soustava se současně pasují i do rolí prognostiků.

Reference

Kawka, A., Vennes, S., Extreme abundance ratios in the polluted atmosphere of the cool white dwarf NLTT 19868, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 458 (2016) 325, preprint arXiv:1602.05000.

Kontakt

Adéla Kawka, Ph. D.
Stelární oddělení Astronomického ústavu AV ČR
Mail: kawka@sunstel.asu.cas.cz

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Stelární oddělení Astronomického ústavu AV ČR

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v.v.i.