Astronóm a stelárnik THEODOR PRIBULLA z Astronomického ústavu SAV dospel so svojím kolegom Richardom Komžíkom a ďalšími spolupracovníkmi zo zahraničia k jedinečnému zisteniu. Vďaka niekoľkoročnému pozorovaniu sa im podarilo dokázať, že v štvorhviezde BU Canis Minoris trvá vzájomný obeh dvoch dvojhviezd najkratší čas spomedzi všetkých 300 známych štvorhviezd.
Ako vyzerá hviezda, si vie predstaviť väčšina z nás. Laické predstavy o viacnásobných hviezdach sa už však môžu líšiť. Aký je medzi nimi základný rozdiel z pohľadu astronómie?
Pri pohľade na nočnú oblohu vidno voľným okom aj viacnásobné hviezdy vždy ako jeden bod, jednu hviezdu. Výnimkou je niekoľko veľmi širokých párov hviezd ako napríklad Alcor a Mizar. Aj naša skúsenosť hovorí, že v slnečnej sústave je prítomné len Slnko ako jediná hviezda. V skutočnosti je v tomto ohľade Slnko veľkou výnimkou – až 85 percent hviezd sa nachádza v dvojhviezdach alebo viacnásobných sústavách.
Pre sám vznik slnečnej sústavy bolo dôležité, že tu neexistovala ďalšia hviezda, ktorá by okolitý materiál gravitačne „pozametala“ a zabránila tak tomu, aby v blízkosti Slnka vznikli jednotlivé planéty. Hlavný rozdiel medzi hviezdou a viacnásobnými hviezdami je najmä v tom, že samostatná hviezda žije podľa pomerne predvídateľného scenára. Keď má vo svojej blízkosti inú hviezdu, všetko sa začne meniť.
Jedným zo zaujímavých objektov, o ktorých my stelárnici (vedci, ktorí skúmajú hviezdy a viacnásobné sústavy, pozn. red.) často hovoríme, sú kataklizmatické premenné. Ide o dvojhviezdne systémy, kde pri prenose hmoty, ktorá dopadá na jednu z hviezd alebo vytvára okolo nej disk hmoty, dochádza k rôznym vzplanutiam a zjasneniam, pričom sa mení život aj záverečné štádium druhej hviezdy. Môže dôjsť napríklad k supernove, keď dve hviezdy splynú a následne vzplanú, alebo dochádza k pokojnému splynutiu a vznikne rýchlo rotujúca hviezda. V našej galaxii aj vďaka tomu vznikajú rôzne zaujímavé až bizarné objekty, ktoré by sa pri osamelých hviezdach zrodiť nemohli.
„Až 85 percent hviezd sa nachádza v dvojhviezdach alebo viacnásobných sústavách.“
Dá sa teda predpokladať, že viacnásobné hviezdy vďaka interakciám, ktoré medzi nimi prebiehajú, majú kratší životný cyklus?
Životnosť hviezd vo všeobecnosti závisí od ich hmotnosti. Čím ťažšia je hviezda, tým rýchlejšie sa vyvíja. Pri dvoj- a viacnásobných hviezdach platí, že ak sa hmota prenesie, tak pôvodne ľahká hviezda je odrazu oveľa ťažšia, má na sebe iné vrstvy a jej vývoj je často oveľa búrlivejší. Dejú sa tam procesy, ku ktorým pri osamotenej hviezde nedochádza.
Ako si môžeme predstaviť vnútornú a vonkajšiu obežnú dráhu pri štvorhviezdach?
V astronómii alebo vo fyzike vždy platí, že všetko obieha okolo spoločného ťažiska. Aj štvorhviezda má svoje spoločné ťažisko. Takáto hviezda je zvyčajne hierarchická, teda na jednej strane sú blízko seba dve telesá, potom je dlho nič a potom sú ďalšie dve blízke hviezdy. Prvá dvojica obieha okolo svojho ťažiska, ďalšia dvojica takisto okolo vlastného ťažiska, pričom obe tieto dvojice obiehajú okolo seba, teda spoločného ťažiska, ktoré sa nachádza medzi nimi.
Keď hovoríme o viacnásobných hviezdach – maximálne koľko hviezd bolo dodnes v takýchto hviezdnych sústavách zaznamenaných?
Prísť na to, či je v sústave viac hviezd, je trochu problematické a problém rastie s každým pribúdajúcim objektom. Situáciu komplikuje usporiadanie hviezd a všetky zistenia sú závislé od dlhodobých pozorovaní. V súčasnosti už poznáme viacero šesťnásobných hviezd, sú však podozrenia, že existujú aj sedemnásobné hviezdy.
Pekným príkladom šesťhviezdy je Castor. Ide o jednu z najjasnejších hviezd na oblohe, ktorú voľným okom môžeme vidieť v súhvezdí Blížencov. Keď sa na ňu zahľadíte cez ďalekohľad, zistíte, že ju v skutočnosti tvoria dve jasné hviezdy, zložky A a B. Vďaka dlhodobým výskumom tejto sústavy sa však ukázalo, že ešte o kúsok ďalej je tretia, menej výrazná hviezda, zložka C, ktorá je s nimi gravitačne zviazaná. Ide teda o sústavu troch objektov, ktoré keď sa ďalej pozorovali, ukázalo sa, že každá táto jedna bodka, ktorá sa dá rozlíšiť aj stredným ďalekohľadom, je dvojhviezda.
V prípade tretej dvojhviezdy sa navyše zistilo, že ide o tesnú dvojhviezdu zloženú z dvoch červených trpaslíkov, čo je oveľa slabší a menej hmotný objekt ako naše Slnko. Tieto dva objekty sú na seba skutočne natlačené, svedčí o tom extrémne krátky čas 19,5 hodiny, za ktorý obehnú okolo seba.
Vo vesmíre sa nachádza množstvo objektov a často sú tiež extrémne vzdialené. Akým spôsobom je možné zistiť, že ide o dvojhviezdu?
Napríklad Castor C je zákrytová dvojhviezda. Takže keď jedna hviezda prejde popred druhú, vidno, že jasnosť sústavy poklesne. Že ide o dvojhviezdu, vieme vďaka týmto prekrytiam a následne vieme určiť aj parametre ich zložiek.
Keď spomínate dlhodobé pozorovania – aké konkrétne technológie alebo metódy ste použili pri pozorovaní štvorhviezdy BU Canis Minoris? A akú úlohu pri pozorovaní zohral ďalekohľad z observatória na Skalnatom Plese?
Družica TESS (vesmírny teleskop určený na prieskum tranzitujúcich exoplanét z programu NASA Explorer, pozn. red.) pozoruje rôzne objekty na oblohe. Tak to bolo aj v prípade BU Canis Minoris. Počas pozorovaní sa ukázalo, že sú tam zákryty z dvoch dvojhviezd, takže musí ísť o štvorhviezdu. V tíme, ktorý ju skúmal, si mysleli, že ide o relatívne bežnú štvorhviezdu, ktorá má vonkajšiu periódu približne 6,6 roka. Neskôr zistili, že zákryty nenastávajú pravidelne a že dochádza k rôznym poruchám. Pokúšali sa to vysvetliť rôznymi spôsobmi… Vôbec im nenapadlo, že ide o veľmi tesnú štvorhviezdu.
BU Canis Minoris sa od Zeme nachádza príliš ďaleko a všetky štyri hviezdy sú navyše pokope. Ide o objekt, ktorý ani pomocou najväčšieho ďalekohľadu na svete nie je možné rozlíšiť. Existujú však matematické metódy, ako zistiť a rozdeliť alebo „rozmotať“ spektrá jednotlivých zložiek. Práve vďaka ďalekohľadu na Skalnatom Plese, kde sme túto sústavu spektroskopicky pozorovali, sa nám napokon podarilo zistiť, že poruchy spôsobuje práve fakt, že sú všetky štyri hviezdy tak blízko pri sebe.
Sústavu BU Canis Minoris sme pozorovali takmer tri roky a zistili sme, že svetlo, ktoré pozorujeme, je svetlo zo štyroch rôznych hviezd. Navyše sme videli ich pohyb a následne sa dali určiť aj ich dráhy, vďaka čomu sme prišli na to, že skutočne ide o takýto tesný objekt. Všetko do seba odrazu začalo zapadať.
Rád by som tiež spomenul, že sme do veľkej miery využili aj prácu občianskych vedcov z rôznych častí sveta, ktorí sú uvedení aj ako autori pri tomto výskume. Ide o amatérskych nadšencov astronómov, ktorých dáta nám okrem meraní z družice TESS a našej spektroskopie pomohli, aby sme si boli istí parametrami a modelmi tejto sústavy.
Má štvorhviezda BU Canis Minoris isté špecifiká, ktoré ovplyvňovali pozorovanie tejto hviezdnej sústavy zo Skalnatého Plesa?
Ide o zimný objekt. Canis Minor alebo Malý pes sa nachádza kúsok od súhvezdia Veľký pes. Práve tam sa pri pohľade zo Zeme nachádza Sírius, najjasnejšia hviezda nočnej oblohy. Na území Slovenska sa sústava BU Canis Minoris nachádza na oblohe dosť nízko, takže pozorovania zo Skalnatého Plesa boli obmedzené len na zimnú časť roka.
Keď hovoríme o najkratšej zistenej vonkajšej obežnej dobe pri štvorhviezdach, má samotná dĺžka obežnej doby vplyv na stabilitu viacnásobných hviezd, prípadne na interakcie s inými objektmi v ich okolí?
Dvojhviezdy, pokiaľ do ich priestoru nevletí iný objekt, sú za normálnych podmienok stabilné a k závažným poruchám dráhy pri nich nedochádza. Pri trojhviezdach už môže dochádzať k rôznym usporiadaniam, najmä čím je objekt „tesnejší“. Stabilita je typicky daná pomerom vonkajšej a vnútornej obežnej doby. Pokiaľ je systém alebo sústava hierarchická, vzdialená hviezda nedokáže narušiť tú tesnú. Keď je pomer obežných dôb príliš malý, prestáva to platiť.
Napríklad naša galaxia je pomerne riedka až prázdna. Najbližšia hviezda Proxima Centauri je vzdialená štyri svetelné roky a medzitým je prakticky len medzihviezdny plyn a prach. Stabilita dvojhviezd ako taká a interakcie vo viacnásobných sústavách majú veľký význam najmä v otvorených a guľových hviezdokopách (otvorená hviezdokopa predstavuje zoskupenie desiatok až niekoľkých tisíc hviezd, ktoré sú gravitačne viazané a nachádzajú sa v špirálových a nepravidelných galaxiách, guľové hviezdokopy sú silne gravitačne viazané, vďaka čomu majú guľový tvar a relatívne husté jadro, obsahujú státisíce až milióny hviezd, pozn. red.), kde je situácia predsa len trochu iná. V nahustených hviezdokopách sú interakcie početné. Vedci sa dokonca domnievajú, že práve interakcie v hviezdokopách sú jedným zo zdrojov vzniku viacnásobných sústav a bizarných objektov.
Treba však povedať, že pri pozorovaní vesmíru vidíme len krátky úsek života týchto sústav. Šanca vidieť ich rozpad je extrémne nízka. Hviezdy žijú desiatky miliónov až miliardy rokov a z ich života vidíme ozaj len krátky záblesk.
V čom konkrétne je vaše zistenie o rekordne krátkej obežnej dobe vedecky dôležité?
Dôležité je najmä v tom, že vôbec vieme o existencii takejto tesnej sústavy, ktorá je zároveň stabilná. Modely vývoja a vzniku hviezd s tým už odteraz musia počítať. Nevylúčil by som však, že sa v budúcnosti nenájde ešte niečo tesnejšie. Takýchto relatívne tesných sústav existuje už niekoľko, napríklad s obežnou dobou 160 dní.
Mohol by tento objav ovplyvniť vedecké chápanie vzniku hviezdnych systémov alebo života vo vesmíre?
Praktický zmysel pre človeka tento objav nemá. Dvojhviezdy a viacnásobné sústavy sú však zaujímavé z hľadiska chápania vzniku exoplanetárnych sústav. Pretože je veľký rozdiel medzi vznikom exoplanét okolo osamelých hviezd a okolo dvoj- a viacnásobných sústav. Ako som už spomínal – okolo jednej hviezdy ostáva veľa materiálu, z ktorého neskôr môžu vzniknúť planéty. Čo sa týka početnejších hviezd, tie zvyčajne všetok materiál vyzbierajú. Navyše, ak k dvom hviezdam prihodíte nejaké teleso alebo planétu, gravitačné interakcie ho zo často sústavy vyhodia. To znamená, že planéty nemôžu existovať blízko dvojhviezd, a preto musia byť tieto planéty dlhoperiodické.
Poznáme napríklad množstvo exoplanét, ktoré nazývame horúci Jupiter (planéty tohto typu obiehajú okolo materskej hviezdy extrémne blízko, pozn. red.). Obiehajú hviezdu s periódami štyri alebo päť dní, čo pri dvojhviezdach nie je možné. Planéty, kde by sa mohol zrodiť život, môžu vzniknúť až niekde ďalej. V súčasnosti je už potvrdených pár exoplanét pri dvojhviezdach – stále ich však vieme zrátať na prstoch jednej ruky.
RNDr. THEODOR PRIBULLA, CSc. študoval fyziku na Univerzite Komenského v Bratislave. Pôsobil v kanadskom Toronte, na univerzite v nemeckej Jene, od roku 2013 je s prestávkou vedúci stelárneho oddelenia. Vo svojom výskume sa zaoberá zákrytovými dvojhviezdami, viacnásobnými sústavami hviezd a tranzitujúcimi exoplanétami, kde sa prítomnosť exoplanéty dá zistiť presným meraním jasnosti materskej hviezdy.
Stanislava Longauerová
Foto: Martin Benko, Katarína Gáliková
Časopis akadémia 1/2025