Zvětšit obrázek

Interakce bílého trpaslíka s černou dírou.
V době, kdy bílý trpaslík míjí černou díru, dochází k jeho stlačení a zahřátí (vlevo nahoře), což spouští explozi. Bílý trpaslík je černou dírou roztržen a většina hmoty hvězdy je vyhozena do prostoru („bublina“ vpravo nahoře). Zbytek (uprostřed) padá směrem k černé díře. Zatímco vyhozená hmota expanduje rychle, padající hmota vytvoří okolo černé díry akreční disk (dole). Kredit:  University of California – Santa Cruz

Hvězdy průměrné nebo podprůměrné hmotnosti (maximálně 1,4 hmotností Slunce) se na konci svého života změní na rudého obra.

Zvětšit obrázek

Enrico Ramirez-Ruiz (UC Santa Cruz)

Bílý trpaslík vzniká zhroucením tohoto rudého obra, který nejdříve odhodí své vnější vrstvy (planetární mlhovina). Na místě původní hvězdy zůstane jen neaktivní, žhavé a velmi husté jádro o velikosti asi Země.

Pokud se bílý trpaslík potuluje příliš blízko středně hmotné černé díry, čeká ho velmi neobvyklý osud. Slapové síly způsobené gravitační přitažlivostí černé díry mohou bílého trpaslíka roztrhat. A znovu u něj zapálit termonukleární reakci, čímž způsobí neobvykle vypadající výbuch supernovy. Pozorování takových supernov by mohlo potvrdit existenci středně hmotných černých děr. Tato teorie je předmět mnoha diskuzí mezi astronomy.

„Naše simulace na superpočítačích ukazují nezvyklou supernovu, která by mohla být důkazem středně hmotné černé díry,“ řekl Enrico Ramirez-Ruiz (University of California, Santa Cruz).

Mezinárodní tým (Ramirez-Ruiz, Stephan Rosswog a William Hix) používá počítačové modely k detailnímu studiu procesu slapového ničení bílého trpaslíka černou dírou. Jejich simulace, které zahrnují dynamiku plynů, gravitaci a jadernou fyziku, vyžadují týdny počítačového času. Ve skutečnosti by se tato událost odehrála ve zlomku sekundy.

Zvětšit obrázek

Stephan Rosswog (Jacobs University Bremen)

„Každá nepříliš hmotná hvězda skončí jako bílý trpaslík. Proto jsou bílí trpaslíci ve vesmíru zcela běžní. Zajímali jsme se o to, zda slapové ničení může přivést tuto hvězdnou mrtvolu zpět k životu,“ řekl Stephan Rosswog (Jacobs University, Brémy, Německo).

Zvětšit obrázek

Supernova typu Ia. Kredit: ESO

Bílý trpaslík, který žije v těsném binárním systému, může explodovat jako supernova typu Ia. Nejdříve ale musí nahromadit dost hmoty tím, že ji nasává od svého společníka. Teprve, když dosáhne tzv. kritické hmotnosti (1,44 hmotností Slunce) se bílý trpaslík zhroutí a exploduje jako supernova typu Ia. Astronomové používají tyto supernovy typu Ia jako „standardní svíčky“ k spolehlivému určování vzdáleností ve vesmíru, protože jejich absolutní jasnost je přesně definována.

Studie popisuje zcela odlišný mechanismus vzplanutí bílého trpaslíka, ve kterém slapové ničení černou dírou způsobuje drastické stlačení hvězdného materiálu. Bílý trpaslík má pak tvar zploštělý „lívance“, který leží v rovině své oběžné dráhy kolem černé díry. Každá část hvězdy je stlačena až do bodu maximální komprese a nadměrný tlak způsobuje prudké zvýšení teplot, které spouští explozivní hoření.

Podle vědců je při explozi do okolního prostoru vyvržena většina trosek poničené hvězdy, zatímco zbytek padá směrem k černé díře. Padající materiál vytváří kolem černé díry akreční disk, který září v rentgenu a měl by být zjistitelný kosmickou rentgenovou observatoří Chandra.

Zvětšit obrázek

William Raphael Hix (Oak Ridge National Laboratory)

„Toto je nový mechanismus vzplanutí bílého trpaslíka, který vede k zcela odlišnému typu supernov. A navíc je následován vznikem zdroje rentgenového záření,“ řekl Ramirez-Ruiz.

Zvětšit obrázek

Model dalekohledu 8,4m LSST. Kredit: LSST Corporation

Ramirez-Ruiz odhaduje, že tento typ událostí nastává asi 100krát méně často než standardní typ Ia supernov. Ale měly by je odhalit budoucí průzkumy, které se zaměří na sledování velkého množství supernov. Od nového dalekohledu 8,4m LSST (Large Synoptic Survey Telescope), který by měl být dokončen v roce 2013, se očekává, že objeví stovky tisíc supernov typu Ia ročně. Bill Gates a vesmírný turista Charles Simonyi poskytli dar ve výši 30 miliónů dolarů na stavbu tohoto velkého dalekohledu v Chile.

„Tyto exotické útvary se budou objevovat v datech z LSST,“ řekl Ramirez-Ruiz. „Chceme předpovídat světelné křivky, které pak budeme hledat ve zkoumaných datech.“

Mechanismus popsaný v publikovaném článku vyžaduje černou díru, která není ani příliš malá ani příliš velká. Takové středně hmotné černé díry (500 až 1000 hmotností Slunce) se mohou nacházet v některých kulových hvězdokupách, ale tam je pro jejich existenci mnohem méně důkazů než pro relativně malé hvězdné černé díry (desítky hmotností Slunce) nebo pro superhmotné černé díry (několik miliónů hmotností Slunce) v centrech galaxií.

Zvětšit obrázek

Budova pro dalekohledu LSST (Chile). Kredit: Michael Mullen Design, LSST Corporation

Vědci podrobně také popisují zničení bílého trpaslíka s hmotností 0,2 hmotností Slunce černou dírou o hmotnosti 1000 hmotností Slunce. Také zjistili, že mohou měnit hmotnost bílého trpaslíka a vždy získají stejný výsledek – slapové zničení a vzplanutí bílého trpaslíka.

„Pokud se dostanou dostatečně blízko k černé díře, může vzplanout celá řada bílých trpaslíků,“ řekl Rosswog.

Výsledek počítačových simulací bude publikován v Astrophysical Journal Letters. 

Zdroj: ScienceDaily