Siemens_CWvs2022Siemens_CWvs2022Siemens_CWvs2022Siemens_CWvs2022
i

Aktuální číslo:

2022/9

Téma měsíce:

Evropa

Kravská vzplanutí ve vesmíru

Nový typ astronomických výbuchů - LFBOT
 |  5. 9. 2022
 |  Vesmír 101, 552, 2022/9

Vesmírné výbuchy, jako jsou novy nebo supernovy, můžeme na Zemi pozorovat jako neopakující se zjasnění, tzv. astronomické tranzienty, s délkou trvání od milisekund až po roky. Pokroky v technologii umožňují detekovat nejen stále rostoucí množství exemplářů známých druhů tranzientů, ale i úplně nové kategorie. Fyzikální vysvětlení mechanismu vzniku a projevů tranzientů je komplikováno krátkou dobou trvání zjasnění a obrovskou vzdáleností, kvůli které se tranzienty v naprosté většině případů jeví jako bodové zdroje. Vítanými pomocníky při studiu tranzientů jsou pozorování na různých vlnových délkách elektromagnetického spektra od rádiových vln až po gama záření či dokonce detekce gravitačních vln nebo neutrin.

Velmi zajímavou nedávno identifikovanou kategorií jsou takzvané svítivé rychle se vyvíjející modré tranzienty (anglicky Luminous Fast Blue Optical Transients neboli LFBOTs). Tato zjasnění během několika dnů dosáhnou maximální svítivosti vyšší než 1044 erg/s (více než 10miliardkrát větší než svítivost našeho Slunce) a poté během několika týdnů výrazně zeslábnou. Objekty LFBOT jsou poměrně vzácné a frekvence jejich výbuchů je jen asi 0,6 % frekvence výbuchů obyčejných supernov.1) 

Prototypem třídy LFBOT je objekt AT2018cow,2) který se nachází ve vzdálenosti pouze asi 200 milionů světelných let a který byl zachycen na vlnových délkách od rádiových vln až po rentgenové záření. Optická spektra poblíž maximální svítivosti ukazují na přítomnost látky expandující s rychlostí vyšší než 10 % rychlosti světla a s teplotou okolo 30 000 K. Několik dní po maximu svítivosti se ve spektru objevují čáry vodíku a helia, ukazující na rychlosti okolo 4000 m/s. Rentgenové záření s energiemi od jednotek až po desítky keV vykazuje širokou čáru železa, která se podobá příznakům akrečních disků okolo supermasivních černých děr ve středech galaxií. Kromě toho ale rentgenová emise vykazuje kvaziperiodické oscilace s frekvencí okolo 225 Hz. Objekt AT2018cow byl detekován také na rádiových a milimetrových vlnách, které naznačují přítomnost rázové vlny spojené se srážkou rychle expandujícího materiálu s okolním prostředím, které má hustotu asi 105 částic na cm3 a dosahuje do vzdálenosti okolo 1000 AU od středu výbuchu.

Vysvětlení takto složitého chování vyžaduje komplikovanou asymetrickou geometrii. Na obr. 1 je ukázka jednoho z možných modelů vysvětlujících pozorované chování objektů LFBOTs. Ve středu dění se nachází černá díra, která vznikla kolapsem hmotné hvězdy a má hmotnost několikanásobně větší než naše Slunce. Tato černá díra je obklopena plynným akrečním diskem, který mohl vzniknout například slapovým roztrháním hvězdy chudé na vodík, která okolo černé díry obíhala. Toto slapové roztrhání hvězdy je příčinou vzniku zjasnění. Kvaziperiodické oscilace a rentgenové záření vznikají v blízkosti černé díry. Z akrečního disku odtéká hmota, která podél osy symetrie dosahuje velkých rychlostí. Tento odtok hmoty je zodpovědný za změnu vlastností rentgenového záření a jeho srážka s okolohvězdným prostředím se projevuje rádiovým a milimetrovým zářením. V rovníkové oblasti interaguje odtok hmoty z akrečního disku s hustým materiálem, který mohl vzniknout interakcemi obou hvězd v době několika tisíců let před začátkem zjasnění. Z této oblasti pochází také část optického záření.

Tranzienty LFBOTs ilustrují komplikace při interpretaci vzdálených událostí ve Vesmíru. Zdaleka ne všechny vesmírné exploze lze beze zbytku vysvětlit jako sférické události. To velmi komplikuje detailní teoretické modely založené na numerických výpočtech. Pro ilustraci, sféricky symetrickou situaci lze simulovat jako jednorozměrný problém rozdělený například do 500 výpočetních buněk. Pro dosažení stejného prostorového rozlišení pro plně trojrozměrný problém už je potřeba 5003 = 125 milionů buněk. Kdybychom pak chtěli rozlišení simulace zdvojnásobit, tak výpočetní nároky typicky vzrostou faktorem 24 = 16. Faktor 23 = 8 je způsoben nárůstem počtu výpočetních buněk a další faktor 2 je způsoben tím, že menší výpočetní buňky typicky vyžadují úměrně kratší časový krok. Studium asymetrických tranzientů tak představuje náročný výpočetní problém, který k řešení vyžaduje superpočítače.     

Poznámky

1) Ze statistických studií vyplývá, že v galaxii podobné Mléčné dráze vybuchne supernova přibližně každých 30 až 100 let. Tato frekvence závisí na množství hvězd v dané galaxii, jejich stáří a částečně i chemickém složení. Poslední přímo pozorovaná supernova v Mléčné dráze byla Keplerova supernova v roce 1604. Víme ale o několika zbytcích po výbuších supernov, které jsou mladšího data (obr. 2). Mnoho supernov v Mléčné dráze může zůstat skryto optickému pozorování, protože prach a plyn v rovině galaxie velmi účinně pohlcují a rozptylují světlo.

2) Označení „kravská“ vyplývá z jedné z konvencí pro označování astronomických tranzientů. Typicky název obsahuje rok objevu a písemné sekvenční označení, jehož fonetické znění se často používá v hovorové astronomické mluvě. Kromě AT2018cow mezi objekty LFBOT patří i ZTF18abvkwla („koala“) nebo ZTF20acigmel („camel“).

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Astronomie a kosmologie

O autorovi

Ondřej Pejcha

Mgr. Ondřej Pejcha, Ph.D., (*1984) absolvoval MFF UK v r. 2008. Na Ohijské státní universitě r. 2013 obhájil doktorát. Následně získal postdoktorská stipendia NASA Hubble a Lyman Spitzer Jr. a čtyři roky působil na Princetonské univerzitě. V roce 2018 získal ERC grant na téma „Catastrophic Interactions of Binary Stars and the Associated Transients“. V roce 2019 získal Cenu Neuron pro mladé nadějné vědce v oboru fyzika.
Pejcha Ondřej

Doporučujeme

Pravěké kořeny evropské identity

Pravěké kořeny evropské identity uzamčeno

Jan Turek  |  5. 9. 2022
Pohled na dávnou minulost naší evropské identity se může mnohým z nás zdát samozřejmý a mnohdy ani nedokážeme přesně pojmenovat hlavní rysy našeho...
Naděje pro srdce

Naděje pro srdce uzamčeno

Vojtěch Melenovský  |  5. 9. 2022
Pravděpodobnost, že během života budete mít potíže se srdcem, je vysoká. Jde o jednu z hlavních příčin nemocnosti a úmrtnosti obyvatel rozvinutých...
Pohon letadel budoucnosti

Pohon letadel budoucnosti

Daniel Hanus  |  5. 9. 2022
Za největšího nepřítele ovzduší jsou považována fosilní paliva. V brzké budoucnosti by je už neměla používat auta ani elektrárny. Vůbec se však...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné