Fyzika horkých hvězd

Hvězdokupa R136 uvnitř mlhoviny Tarantula (30 Doradus) ve Velkém Magellanově oblaku obsahuje celou řadu z těch nejhmotnějších a nejzářívějších hvězd, jaké známe. Kredit: NASA/ESA

Výzkum pracovní skupiny, kterou vede Michaela Kraus, je dominantně zaměřen na studium hmotných horkých hvězd. Přesněji řečeno, dlouhodobé specifické zaměření na Be-hvězdy a hvězdy s obálkou ve dvojhvězdných systémech bylo rozšířeno na studium horkých hmotných hvězd v různých stadiích vývoje a v současnosti se jedná o hlavní výzkumné téma celé skupiny.

V rámci svého výzkumu se skupina mimo jiné zaměřuje na zářivé horké hvězdy spektrálních typů B- a O-, hmotné hvězdy v přechodné fázi vývoje (například Wolf-Rayetovy hvězdy), zářivé modré proměnné hvězdy (Luminous Blue Variables, LBVs), modré superobry (Blue Supergiants, BSGs), B[e] superobry (B[e]SGs), žluté hyperobry (Yellow Hypergiants, YHGs) a rudé superobry (Red Supergiants, RSGs). Studované objekty mohou být buď osamocené nebo tvoří složku dvojhvězdy či vícenásobného systému.

Skupina se dále zaměřuje na pozorovací a teoretický výzkum chemických procesů a dynamiky hmoty v okolí vyvinutých hmotných hvězd (v pozdních stádiích vývoje).

Skupina provádí také teoretický výzkum orientovaný na modelování hvězdných atmosfér s přirozeným zaměřením na hmotné horké hvězdy. Využívá k tomu model NLTE (nepředpokládající lokální termodynamickou rovnováhu) hvězdných atmosfér a hvězdného větru.

VÝZKUMNÁ TÉMATA SKUPINY

  • hvězdné atmosféry a hvězdný vítr, jejich modelování
  • hmotné hvězdy v krátkých přechodových fázích vývoje

ČLENOVÉ SKUPINY

Hvězdné atmosféry, hvězdný vítr a jejich modelování

Orionův pás s mlhovinou Plamínek (vlevo) a mlhovinou Koňská hlava (vlevo dole). Kredit: Digitized Sky Survey, ESA/ESO/NASA FITS

Teoretický výzkum v tomto oboru je primárně zaměřen na vývoj sofistikovaných kódů popisujících hvězdné atmosféry, modely hvězdného větru a studium fyzikálních mechanismů, které řídí různé procesy ve hvězdách a jejich okolí. Jedním z hlavních úkolů výzkumu, který vede Jiří Kubát, je poskytnout vylepšené odhady ztrát hmoty u hmotných hvězd s použitím vlastního pokročilého modelu hvězdné atmosféry (ATA code) a hvězdného větru včetně prostorových (3-D) jevů (jakými jsou nesféričnost a nehomogenity hvězdného větru).

Další výzkumné aktivity jsou zaměřeny na vývoj kódů, které umožňují spočítat odpovídající spektra v různých rozsazích vlnových délek a která mohou být přímo porovnána s pozorováním. Na základě takového srovnání je možné odvodit relevantní hodnoty parametrů hvězd a hvězdného větru, a především rychlost ztráty hmoty u hmotných hvězd v různých stádiích vývoje a s různou metalicitou (obsahem těžších prvků). Správná hodnota popisující ztrátu hmoty je jedním z hlavních parametrů modelování hvězdného vývoje.

Kromě vývoje vlastních kódů jsou členové skupiny rovněž zběhlí v použití podobných kódů pro hvězdné atmosféry a hvězdný vítr jiných autorů (e.g., TLUSTY, SYNSPEC, PoWR a CMFGEN) stejně jako kódů popisujících hvězdný vývoj (MESA) pro kvalitativní hvězdnou spektroskopii a analýzu různých typů hvězd.

Hmotné hvězdy v krátkých přechodových fázích vývoje

Mlhovina M1-67 kolem Wolf-Reyetovy hvězdy WR124. Kredit: ESA/Hubble & NASA

Jednou z dalších oblastí zájmu skupiny je výzkum hmotných hvězd v krátkých přechodových fázích vývoje. Tyto fáze se rozdělují na různé hvězdné třídy: WR stars, LBVs, BSGs, B[e]SGs, YHGs a RSGs. Během všech těchto vývojových fází hvězdy jeví známky vysoce dynamických atmosfér či obálek a odvrhují značné množství hmoty často v sérii mohutných erupcí (explozí). Vyvržená hmota se hromadí buď v disku či obálce kolem hvězdy, případně vytváří mlhovinu (kterou podle struktury můžeme popsat jako unipolární, bipolární nebo multipolární).

Výzkum hmotných hvězd v přechodových fázích vývoje vede Michaela Kraus a je zaměřen na vývoj metod vhodných k zjišťování ztrát hmoty u tohoto typu hvězd a ke zkoumání chemického jejich vývoje, struktury a dynamiky vyvrženého materiálu. Znalost množství hmoty, jaké hvězdy ztrácí v každé fázi svého života, má zásadní význam pro spolehlivou předpověď dalšího vývoje a průběhu závěrečných fází života hmotných hvězd.

Členové skupiny se dále zabývají studiem fyzikálních mechanismů, které mohou vést ke ztrátě hmoty a spustit erupci (explozi), stejně jako analyzují chemické složení, 3-D strukturu a dynamiku výronů hmoty, aby odhalili historii ztrát hmoty u hmotných hvězd v přechodných fázích vývoje.

Skupina kombinuje výsledky teoretických modelů s informacemi získanými pozorováním. Data v optické, infračervené a rádiové části části elektromagnetického spektra získávají pomocí dalekohledů o průměru 2 až 12 metrů, využívají zařízení Observatoře GEMINI (North, South), Observatoře Paranal (dalekohley ESO/VLT – Very Large Telescope), teleskopů APEX, Nordic Optical Telescope, Gran Telescopio de Canarias, Southern African Large Telescope, 2.2‑m MPI Telescope, 2.15‑m CASLEO Telescope a samozřejmě Perkův dalekohled v Ondřejově. Tato data jsou doplněna pozorováním získaným pomocí družicových observatoří – například Spitzer Space Telescope, Wide-field Infrared Survey Explorer, stejně jako fotometrickými údaji a světelnými křivkami pořízenými v rámci řady pozemních přehlídkových programů (např. AAVSO, ASAS).

Astrofyzika vysokých energií

Ve svém výzkumu se zabývá mimo jiné studiem galaktických a extragalaktických zdrojů záření s vysokou energií a to ve viditelném, dalekém ultrafialovém, rentgenovém a gama záření. Zaměřuje se na multispektrání analýzu gama záblesků (GRB) a jejich optických protějšků (dosvitů), aktivní jádra galaxií (AGN), blazary a další typy kosmických zdrojů vysoce energetického záření včetně různých typů rentgenových dvojhvězd a kataklyzmických proměnných hvězd (CV).

Aby získali potřebná pozorovací data jsou členové skupiny zapojeni do výzkumu pomocí řady satelitů pro záření s vysokou energií, také spolupracují na projektu budoucí pozemní observatoře pro sledování gama záření – Cherenkov Telescope Array (CTA), která bude umístěna na dvou stanovištích – La Palma a Paranal. Projekt CTA v současnosti počítá s trojicí robotických dalekohledů FRAM, které budou postaveny a provozovány ve spolupráci mezi Ústavem fyziky a skupinou Astrofyziky vysokých energií.

Na půdě observatoře ASU v Ondřejově skupina provozuje dvojici relativně malých robotických dalekohledů – BART robotic telescope o průměru zrcadla 25 cm a D50 robotic telescope s primárním zrcadlem o průměru 50 cm. Úkolem těchto teleskopů je doplnění družicových údajů o emisi v záření s vysokou energií také o původní data ve viditelném oboru a to jak v případě gama záblesků tak kataklyzmických proměnných hvězd. A tento úkol splňují velmi dobře – pozorování optických protějšků záblesků gama vyžaduje velmi rychlý reakční čas celého systému a pozorování kataklyzmických proměnných hvězd je dlouhodobým programem těchto přístrojů.

Skupina je zapojena do kosmických projektů Evropské kosmické agentury ESA (INTEGRAL, Gaia, XEUS) a NASA (v rámci spolupráce na projektu Constellation X), především s cílem detekovat kosmické záblesky záření gama (v rámci experimentů BART, D50 a BOOTES). Další data – jako rozsáhlé řady pozorování o délce až sto let – získávají z astronomických archivů, což poskytuje hodnotné informace o dlouhodobém chování objektů zájmu v optickém oboru.

Členové skupiny pravidelně organizují mezinárodní konference a workshopy jako například AXRO (International workshops on Astronomical X–Ray Optics) nebo IBWS (INTEGRAL/BART workshops) a podílejí se na organizaci velkých mezinárodních konferencí: SPIE Europe, Frascati workshop on Multispectral behaviour of cosmic high-energy sources, Frontier objects in astrophysics.