Výzkumy v ASU AV ČR (98): Je rychlý trpaslík pozůstatkem nepovedeného výbuchu supernovy?

Obecně se soudí, že supernovy typu Ia jsou důsledkem gravitačního zhroucení bílého trpaslíka, pokud jeho hmotnost překročí Chandrasekharovu mez, která je přibližně 1,4 sluneční hmotnosti. K tomu může podle současných představ dojít dvěma způsoby. Buď je bílý trpaslík součástí těsné dvojhvězdy a jeho méně vyvinutý partner jej zásobuje čerstvým materiálem tak, že po překročení kritické hmotnosti se trpaslík zažehne překotnou reakcí a vybuchne. Tento scénář zcela odpovídá požadavku na standardní svíčku. K výbuchu dochází vždy při stejné hmotnosti trpaslíka, svítivost supernovy je tedy vždy stejná. Tento scénář se označuje jako jednou degenerovaný. 

Druhá hypotéza připouští, že by se supernova typu Ia mohla zažehnout, pokud se srazí dva bílí trpaslíci. Potom je celková hmotnost vybuchujícího objektu v rozsahu přibližně 1,4 až 3 hmotnosti Slunce a požadavek na standardní svíčku je narušen. Tento scénář se označuje jako dvojitě degenerovaný. 

V současnosti se nedá říci, který ze scénářů je naším vesmírem preferován, byť jsou silné náznaky, že běžnější je dvojitě degenerovaný scénář. Aby se celá záležitost „standardních“ supernov typu Ia zkomplikovala, před několika málo lety se v literatuře objevila podskupina Iax. Tyto výbuchy jsou méně jasné, než by odpovídalo supernově typu Ia, což naznačuje, že překotnou termojadernou reakcí nebyla přeměněna celá degenerovaná hvězda, ale jen její část. Důvodem může být například výrazná radiální nesymetrie výbuchu, např. iniciace detonace mimo střed hvězdy. 

Naše znalosti o supernovách Ia jsou tedy nekompletní a hledání jejich předchůdců je velmi komplikované. Naproti tomu objevy pozůstatků po typu Iax mohou vnést nový vítr do problematiky supernov Ia jako takových. 

Nepovedená supernova

S. Vennes z ASU a jeho spolupracovníci vyšetřovali neobvyklého bílého trpaslíka s označením LP 40-364 v Malé medvědici. Tento objekt pozorovali opakovaně velmi velkými dalekohledy ve světě a posléze pečlivě analyzovali jeho spektra. Jde o degenerovanou hvězdu s povrchovou teplotou kolem 10 000 K, v jejímž spektru zcela chybí vodíkové nebo heliové čáry, zato lze nalézt mnoho silných čar hořčíku, sodíku a slabších čar kyslíku. K přesnému vyhodnocení chemického složení byly využity programy TLUSTY a SYNSPEC, současné etalony modelů hvězdných atmosfér. Při modelování byly uvažovány všechny chemické prvky od vodíku po zinek včetně relevantních iontů těchto prvků. Z porovnání s měřením spektrem vyplývá, že hlavními prvky obsaženými v atmosféře, která je v zářivé rovnováze, jsou kyslík a neon s podstatnými příměsemi středně těžkých prvků jako je například hliník nebo křemík. 

Především se ale ukázalo, že objekt velmi rychle rotuje (s projektovanou obvodovou rychlostí přes 30 km/s) a hlavně se od nás velmi rychle vzdaluje, rychlostí téměř 500 km/s. V Galaxii se takto rychle pohybují jen prchající hvězdy (tzv. HVS – hypervelocity stars), které jsou důsledkem vyvržení jedné složky dvojhvězdy vícehvězdnými interakcemi v husté oblasti kolem jádra Galaxie. 

Autoři článku publikovaného v Science si povšimli též velkého vlastního pohybu hvězdy. Vypočetli vzdálenost tohoto neobvyklého bílého trpaslíka (přibližně 300 parseků), dopočetli amplitudu celkové rychlosti (kolem 550 km/s) a zpětně zrekonstruovali pravděpodobnou trajektorii tohoto objektu. Z ní vyplývá, že objekt nejspíš nikdy neprolétal v blízkosti galaktického středu a nemůže tedy jít o HVS. Navíc model LP 40-364 naznačuje, že jde o velmi málo hmotný exemplář, zřejmě s hmotností jen 0,14 Slunce. 

Kombinace neobvyklého chemického složení povrchu, vysoké rychlosti i vývojové fáze pak svědčí pro to, že LP 40-365 je nejspíše pozůstatkem po nepovedeném výbuchu supernovy typu Ia, snad podtypu Iax (pro představu viz animace). Zda tomu tak skutečně je a co je fyzikální podstatou selhavšího výbuchu supernovy, je tématem na další práci. 

REFERENCE

Vennes, S., Nemeth, P., Kawka, A. a kol., An unusual white dwarf star may be a surviving remnant of a subluminous Type Ia supernova, Science 357, 680-683, preprint arXiv:1708.05568.

KONTAKT

Dr. Stéphane Vennes, Ph. D. 
Stelární oddělení Astronomického ústavu AV ČR
Email: vennes@asu.cas.cz

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Stelární oddělení ASU AV ČR
[2] https://www.gemini.edu/node/12698
[3] https://cfht.hawaii.edu/en/news/SurvivingASupernova
[4] https://astroserver.org/references/NWKZKA/

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