Čím jsou zajímaví pro budoucnost Sluneční soustavy bílí trpaslíci? (2)

Dvoudílné povídání o zvláštních discích, které obklopují mnohé z pozorovaných bílých trpaslíků - a o budoucnosti Sluneční soustavy. Díl druhý. (délka blogu 8 min.) 

Bílý trpaslík

... je jednou z nejběžnějších hvězd ve vesmíru - je to závěrečná fáze vývoje některých hvězd. Existují ještě dva další typy konečných produktů vývoje hvězd - černé díry a neutronové hvězdy - bílí trpaslíci jsou ovšem v našem vesmíru daleko rozšířenější. 

Někteří bílí trpaslíci jsou obklopeni disky hmoty, která energii vyzařovanou bílými trpaslíky pohlcuje - a znovu ji vyzařuje v infračerveném oboru. (viz minulý blog)

Ukázalo se, že jde o útvary, které se nacházejí velmi blízko hvězdy. Vnější poloměry takových disků odpovídají řádově poloměru Slunce. Kdybychom hledali něco podobného v naší vlastní Sluneční soustavě, daly by se tyto disky přirovnat k Saturnovým prstencům. Jsou jim podobné i svými dalšími vlastnostmi. Tyto disky hmoty jsou například prakticky neprůhledné. Navíc jsou velice tenké a ploché. 

Při hledání původu tohoto jevu se tedy vědci inspirují tím, co vědí o naší vlastní planetární soustavě. Saturnovy prstence nejspíše vznikly slapovým kolapsem těles, která se dříve nacházela na jeho oběžné dráze. Měsíce, které se dostaly příliš blízko k obří planetě, se pod jejím gravitačním vlivem zhroutily a byly doslova roztrhány na kusy.

V roce 2003 byla vyslovena myšlenka, že disky kolem bílých trpaslíků vznikají díky stejnému mechanismu. 

Mechanismus vzniku disků trosek

Hvězda, která se na konci svého aktivního života měla stát bílým trpaslíkem, měla kolem sebe samozřejmě planetární systém (dnes už se o existenci planet u prakticky každé hvězdy nepochybuje). 

V průběhu vývoje se charakteristiky hvězd mění. Trvá to sice velice dlouho, řádově miliardy roků, nedá se to ale přehlédnout. Když hvězdy vyčerpají své původní vodíkové palivo, mohou některé z nich přejít ke spalování helia na uhlík, případně ještě na další typy termonukleárních reakcí, při kterých vznikají těžší prvky. Během toho hvězdy přejdou do fáze rudých obrů, než odvrhnou část své hmoty do okolí a skončí jako bílí trpaslíci. Pak už jen pomalu chladnou. 

Planetární soustava může všechny tyto změny přežít, přičemž její vnější část se jednoduše rozšíří (planety se od své hvězdy vzdálí, když tato ztratí část své hmoty). 

Přežije také velké množství objektů, jako jsou pásy asteroidů apod. 

Přitom ale soustava přejde do nestabilního stavu, podobně jako tomu bylo na začátku jejího vývoje. I tehdy byla díky souhře gravitace ostatních členů systému část menších nebo i větších těles ze systému vyhozena do mezihvězdného prostoru nebo přešla na dráhu, která je navedla do centrální hvězdy. 

Tento původ mimochodem vědci přisuzují také prvnímu mezihvězdnému objektu, který astronomové objevili ve Sluneční soustavě - asteroidu Oumuamua. Zdá se, že se jedná o velice starý artefakt, který už ztratil své původní zásoby plynu a tak během přiblížení ke Slunci nevytvořil efektní ohon. 

Některé z objektů však mohou skončit na drahách, které je přivedou jen do blízkosti bílého trpaslíka. 

To samo o sobě není nic hrozného: srážka s bílým trpaslíkem jim nehrozí. Vzhledem k jeho obří gravitaci jsou taková tělesa ale nutně postupně ničena slapovými silami. 

Slapové síly

... jsou výsledkem rozdílu v gravitačních zrychleních, které zažívají různé části velkého tělesa v gravitačním poli hvězdy.

To pomáhá vysvětlit samotnou existenci těchto disků hmoty. Nemohly se nacházet u hvězdy od samého počátku jejího vývoje - protože by se v tomto případě musely nacházet přímo v jejím nitru. Ve svých časných stádiích měla taková hvězda daleko větší poloměr. 

Díky této teorii se dá vysvětlit nejen velikost a parametry disků hmoty, obíhající bílé trpaslíky. Vysvětluje také, odkud se berou kovy, které vědci nacházejí v atmosférách těchto malých horkých hvězd. 

Chemické složení příměsí se dá dobře analyzovat. Ukazuje se, že často odpovídá složení Země, Měsíce, planetek a různých dalších objektů v naší vlastní soustavě. 

Přenos hmoty do bílého trpaslíka

Vědci vytvořili také další teorii - která se týká samotného přenosu hmoty z disku do bílého trpaslíka. Zasluhuje se o ni záření a tzv. Poyntingův-Robertsonův efekt, který způsobuje zpomalování částic obíhajících kolem hvězdy - po spirále směrem k ní. 

Hmota, která obíhá kolem bílého trpaslíka v disku trosek, se tak musí postupně přiblížit ke své hvězdě natolik, že se začne vypařovat. Díky tomu vznikají plynové disky, které byly pozorovány i kolem některých bílých trpaslíků. Molekuly a atomy vypařené hmoty se nakonec dostanou na povrch trpaslíka, takže je vidíme ve formě kontaminace v jeho atmosféře. 

Zdroj informací o planetární soustavě

Nejspíš nejzajímavější je na celé věci to, že se nám takovým způsobem otevírá možnost zkoumat chemické složení planetek, komet a dalších malých těles ve vzdálených planetárních systémech. 

Je to vlastně šťastná souhra náhod. Pokud totiž pozorujeme ještě intaktní a mladé planety v odraženém světle hvězdy nebo v jejich vlastním světle (pokud se jedná například o velice velké plynné obry, kteří vyzařují vlastní elektromagnetické záření), vidíme vlastně jen atmosféru planety, případně její povrch, pokud žádnou atmosféru nemá. 

Naše vlastní soustava by měla jednoho vzdáleného dne skončit podobně. Slunce se stane bílým trpaslíkem a planety projdou změnami, které budou záviset na tom, jak daleko se od Slunce daná planeta nacházela. 

Proto je průzkum podobných planetárních systémů velice zajímavý. Vědci se mu budou jistě věnovat i v budoucnosti.