Hvězda, která požírá jinou hvězdu – Algol

I mezi hvězdami se najdou kanibalové. Ten nejznámější se nachází v souhvězdí Persea. K vysvětlení jeho vlastností přispěli nevědomky už staří Egypťané. (délka blogu 8 min.)

Ve vzdálenosti 93 světelných roků se nachází zvláštní hvězda. Se železnou pravidelností mění svou jasnost až o více než jednu magnitudu. Její jméno znamená arabsky „démon“. Nachází se v souhvězdí Persea a stala se prototypem proměnné zákrytové hvězdy.

Hvězdná magnituda je veličina, která udává jasnost světelného zdroje. Představuje zdánlivou, tedy subjektivně vnímanou nebo přístrojem detekovanou, jasnost hvězdy. Její hodnota nemá nic společného se skutečnými rozměry hvězdy či jiného nebeského objektu. Magnituda je logaritmická jednotka. Rozdíl jasnosti jedné magnitudy odpovídá rozdílu jasnosti v poměru 2,512:1. Pakliže tedy kolísá jasnost hvězdy o jednu magnitudu, mění se jeho jasnost 2,5 krát. V případě Algolu se jedná o něco více než jednu magnitudu, přesněji o 3,3 násobnou změnu jasnosti.

Komplikovaný Algol

Algol je ve skutečnosti trojnásobným hvězdným systémem. Jeho dominantní část tvoří velice jasná namodralá hvězda, která je stokrát jasnější než naše Slunce. Druhou komponentu tvoří načervenalá žlutá hvězda, která svou družku obíhá ve vzdálenosti 0,062 astronomické jednotky. Pro srovnání, je to jen asi dvacetina vzdálenosti mezi Zemí a Sluncem. Krouží kolem společného těžiště jednou za 2,86 dne. Třetí složka obíhá obě kolegyně ve vzdálenosti 2,69 astronomické jednotky jednou za 681 dní.

Zákrytová proměnná

Dvě větší hvězdy, které obíhají kolem společného těžiště, vidíme z boku. Během oběhu se navzájem zakrývají. Protože nejsou stejně velké ani stejně jasné, kolísá jejich pozorovaná společná jasnost.

Když větší, ale méně jasná, hvězda zakrývá svou jasnější menší kolegyni, nastává největší pokles jasnosti Algolu. V opačné poloze, kdy je z pohledu ze Země „vpředu“ menší, ale jasnější hvězda, klesá společná jasnost o něco méně.

Změny jasnosti této zajímavé trojhvězdy zaznamenal Geminiano Montanari v roce 1669. Periodu, se kterou jasnost kolísá, změřil v roce 1783 John Goodricke. Hvězda byla ale známá už ve starověku. Všimli si jí už řečtí a arabští astronomové.

Astronomie v blízkosti pyramid

Ještě zajímavější je, že Algol znali už staří Egypťané. Před zhruba 3200 lety vytvořili „kalendář šťastných a nešťastných dnů“ (Káhirský kalendář), který vykazuje zvláštní periodu. Ta souhlasí právě s periodickými změnami jasnosti hvězdy Algol. Doba, kdy měla hvězda největší jasnost, byla vnímána jako šťastná.

Vědci, kteří starověký kalendář zkoumali, ho považují za nejstarší zmínku o Algolu a proměnných hvězdách na světě. Zjistili, že perioda, se kterou mění Algol svou jasnost, byla před 3200 lety o něco kratší než dnes. Dnešní astronomy to neudivilo.

Výměna hmoty v dvojhvězdách, které jsou podobné Algolu

Za změny periody může zvláštní jev – výměna hmoty mezi oběma velice blízkými hvězdami. Celková hmotnost Algolu je odhadována na 5,8 hmotností Slunce. Připomeňme si, že obě složky obíhají kolem společného těžiště ve vzdálenosti, která je menší než dvacetina vzdálenosti Země – Slunce.

Vědci pozorují u Algolu zajímavou odchylku. Vlastnosti obou hlavních hvězd, mimo jiné i jejich stáří, neodpovídají jejich hmotnosti. Těžší hvězda by měla být vyvinutější, protože těžké hvězdy prožívají svůj hvězdný život rychleji.

Nejtěžší komponenta Algolu je ale pořád ještě na hlavní posloupnosti v Hertzsprung-Russelově diagramu. To znamená, že pořád ještě spaluje vodík na helium. Její méně hmotná družka už tímto stadiem prošla, je tedy vyzrálejší.

Situace se dá vysvětlit právě přenosem hmoty z jedné hvězdy na druhou. U některých dvojhvězd, které jsou podobné Algolu, vědci dokonce prokázali existenci proudu hmoty od jedné hvězdy ke druhé.

Dochází k němu během vývoje hvězdy. Poté, co původně hmotnější část dvojhvězdy dospěje ke stádiu, ve kterém vyčerpala své zásoby vodíku, opustí hvězda hlavní posloupnost v Hertzsprung-Russelově diagramu. Dochází přitom ke zvětšování jejího objemu.

 Zvětšující se hvězda nakonec překročí hranici, pod kterou si může udržet svou hmotu. Slapové síly začnou hvězdu trhat, její hmotu odvádět a předávat ji původně lehčímu hvězdnému dvojčeti.  Výsledkem je stav, kdy se stane původně lehčí a tedy i méně vyvinutá hvězda hmotnější hvězdou s rychlejší rotací.

Přitom je mimochodem pozorována také změna rychlosti vzájemného oběhu (takže i perioda změn jasnosti) obou hvězd. Právě takovou změnu vědci vystopovali i u Algolu. Její perioda je dnes delší než ta, kterou pozorovali staří Egypťané.

Archeologické nálezy a jejich výklad tak pomohly astronomii potvrdit podstatu fyzikálních dějů ve vzdálené dvojhvězdě.

Vlastnosti těsných dvojhvězd typu Algol se dnes dají poměrně dobře nasimulovat díky moderní počítačové technice. Hvězdy v systému Algolu se zrodily před 455 milióny let. Jejich hmotnost mohla odpovídat 2,81 a 2,5 hmotnosti Slunce. Obíhaly se tehdy jednou za 1,61 dne. Před třemi milióny let se začala hmotnější složka dvojhvězdy rozpínat, když vypotřebovala většinu svého vodíkového paliva v jádru. Dosáhla pak zhruba dvojnásobného průměru, než jaký měla v době stabilního života.

Tím překročila svou kritickou hranici stability. Hmota vnějších obalů hvězdy se pak vydala k původně lehčímu hvězdnému dvojčeti. Dnes, o tři milióny let později, má původně těžší hvězda už jen 0,81 hmotnosti Slunce. Hodně hmoty, která původně mířila k druhé složce hvězdy, zhruba 1,2 hmotnosti Slunce, se přitom ke hvězdnému dvojčeti nikdy nedostalo a zmizelo nenávratně v okolním prostoru.

I dnes ještě pokračuje předávání hmoty od jedné hvězdy ke druhé, i když jen v nepatrné míře.

Přenos hmoty mimochodem potvrzuje ještě další jev. Tam, kde vypůjčená hmota naráží na atmosféru původně lehčí hvězdy, je pozorována velice horká oblast, s teplotou kolem 100 000 K.

Ohřívá se díky tomu, že se zde kinetická (pohybová) energie přenášeného plynu mění na tepelnou. Horká skvrna vyzařuje odpovídající druh vysoce energetického záření.

Dávní arabští astronomové, kteří kdysi nazvali Algol Rás al Ghúl - překladu „hlava démona“, tak vlastně nebyli moc daleko od pravdy. Hvězda, která je ve starých hvězdných mapách zobrazená jako hlava Medúzy v Perseově ruce, prožívá skutečně pohnuté a neobvyklé osudy. Nevyhnul se jí ani hvězdný kanibalismus.

Zdroje: PLOS ONE | DOI:10.1371/journal.pone.0144140   December 17, 2015, http://www.sternwarte­eberfing.de, NASA, http://www.schattenblick.de/infopool/natur/astronom/nathe103.html