Kolik vám je, slečno hvězdo?

Petr Kubala  |  Vesmír

Ptát se žen na věk je značně nevhodné. V případě hvězd bychom to ale opravdu potřebovali vědět. Do rodných listů nahlédnou kosmické dalekohledy.

Astronomie má – na rozdíl od jiných vědních oborů – jednu zásadní nevýhodu. Pomineme-li několik málo vzorků měsíčních hornin a meteority, které nám občas spadnou na hlavu, na objekt svého zájmu si nemůže sáhnout.

S nevýhodou se astronomové perou už řadu staletí statečně, i tak je ovšem stále velmi těžké změřit některé základní parametry nebeských těles. V případě hvězd se jedná zejména o teplotu, hmotnost, velikost, zářivý výkon a stáří. Zjistit posledně jmenovaný parametr je nejtěžším oříškem.

Komu stačí přesnost 50 %?

Věk hvězdy nás bude stále více zajímat kvůli postupným objevům planet mimo sluneční soustavu. Jakmile objevíme obyvatelnou planetu, bude vhodné znát její stáří, abychom mohli vášnivě debatovat nad tím, zda se na povrchu již mohl vyvinout inteligentnější život.

Pokud ale dokážeme stáří hvězdy určit jen velmi těžko, pak u planet je to prakticky nemožné. Můžeme však vyžít faktu, že planety vznikají z jednoho disku společně s hvězdou. Zjistíme-li stáří hvězdy, máme v rukou stáří celého planetárního systému.

Astronomové donedávna měli k dispozici dvě metody k určování stáří hvězd. Izochronická metoda používá k výpočtu evoluční cesty hvězdy, ale je vhodná zejména pro hvězdokupy. U ostatních hvězd je nutné znát přesnou vzdálenost, která se nezjišťuje zrovna jednoduše. Chromosférická metoda pak určuje stáří na základě měření chromosférických emisí hvězdy, vykazuje však až 50% nepřesnost.

Stačí zjistit, jak rychle se otáčí

Sydney Barnes z Lowellovy observatoře přišel v roce 2007 s novou metodou: gyrochronologií . Vychází z poznatků z 80. let minulého století, kdy pozorování ukázala, že perioda rotace hvězd závisí na jejich barvě.

Astronomové dokázali teoreticky popsat vztah mezi třemi veličinami: rotací, barvou a stářím hvězdy. Barvu hvězdy (spektrální třídu) jsou vědci schopni zjistit poměrně snadno. Pokud bychom měli v rukou také informaci o periodě rotace, můžeme vypočítat zbývající veličinu – stáří zkoumané hvězdy.

Hvězdy totiž od narození rotují, ale postupně ztrácí svou rotační energii. Rotace se tedy zpomaluje a je určitými vztahy závislá na barvě hvězdy a jejím stáří. Gyrochronologie umožňuje odhadnout stáří hvězdy s přesností okolo 15 %. Otázkou však stále zůstává: jak změřit periodu rotace?

Detail sluneční skvrny, která byla v oblasti 10030 pozorována 15 července 2002. Tohle nejsou originální barvy, obrázek je dodatečně obarvený. Zdroj: NASA, The Royal Swedish Academy of Sciences
Detail sluneční skvrny, která byla v oblasti 10030 pozorována 15 července 2002. Tohle nejsou originální barvy, obrázek je dodatečně obarvený. Zdroj: NASA, The Royal Swedish Academy of Sciences

Kepler? Kepler!

V atmosféře hvězd se nacházejí hvězdné skvrny, co by analogie slunečních skvrn. Ve sluneční fotosféře můžeme tmavé skvrny o velikosti i několika zemských průměrů pozorovat už menším dalekohledem (samozřejmě s certifikovaným filtrem nebo projekcí – viz článek o zatmění Slunce) a výjimečně i pouhým okem přes svářečské sklo. Žel větší množství skvrn se objevuje okolo slunečního maxima, které mělo přijít v létě 2013, ale dle aktuálních výsledků se tak neděje a dokonce nelze vyloučit, že Slunce bude hezkých pár let úplně bez skvrn.

Nechme teď ale Slunce spát a vraťme se k ostatním hvězdám. Skvrny v atmosféře jsou tmavší než okolí, takže pokud je polokoule hvězdy s velkou skvrnou nebo skupinou skvrn natočena směrem k nám, přichází od hvězdy méně světla. Pokles jasnosti je sice velmi malý, ale dnešními přístroji měřitelný. Když určíme intervaly těchto nepatrných poklesů, máme k dispozici informaci o periodě rotace hvězdy.

Vesmírný dalekohled Kepler ještě na Zemi. Sice zabalený, ale aspoň je při srovnání se zaměstnancem NASA vidět, jak je přibližně velký. Foto: NASA
Vesmírný dalekohled Kepler ještě na Zemi. Sice zabalený, ale aspoň je při srovnání se zaměstnancem NASA vidět, jak je přibližně velký. Foto: NASA

Změřit drobné odchylky v jasnosti hvězdy ze Země není úplně jednoduché, mnohem přesnější výsledky nabízí kosmické dalekohledy. Od roku 2009 mají astronomové ve vesmíru kosmický dalekohled Kepler, který má sice jako hlavní úkol hledání exoplanet, avšak v principu nedělá nic jiného, než že měří jasnosti vybraných hvězd.

Čtyřletý test

Aby mohla být gyrochronologie úspěšná, musí být „hodiny“ astronomů patřičně zkalibrovány. Mohli jsme vyžít znalosti periody rotace Slunce, ale jedna hvězda samozřejmě nestačí.

V rámci rozcvičky si astronomové vzali přístroj Hectochelle na 6,5metrovém dalekohledu MMT (Mt. Hopkins, Arizona). Po dobu čtyř let pozorovali sedm tisíc vybraných hvězd v hvězdokupě NGC 6811. Stáří hvězdokupy lze určit relativně dobře, neboť všechny její členky vznikly ve stejnou dobu, ale nedožívají se stejného věku. Hmotnější hvězdy umírají dříve než ty méně hmotné. Pokud si tedy uděláme v hvězdokupě inventuru, můžeme určit její stáří.

Dalekohled MMT. Foto: Pyronordicman, Wikipedia
Dalekohled v observatoři MMT. Foto: Pyronordicman, Wikipedia

Hvězdokupa NGC 6811 v souhvězdí Labutě má stáří asi miliardu let. Perioda rotace vybraných hvězd se v závislosti na jejich barvě pohybovala od 1 do 11 dní (pro srovnání: Slunce rotuje s periodou přibližně 30 dní). V tomto případě bylo k dispozici i stáří hvězd ve shluku, takže astronomové mohli měřením periody rotace velmi snadno rozlišit mezi hvězdami, které skutečně do hvězdokupy patří, a těmi, které se nacházejí mimo hvězdokupu a pouze se promítají do stejného směru.

Se seznamem prokazatelných členek hvězdokupy NGC 6811 se teď astronomové ponoří do přesných dat z kosmického dalekohledu Kepler. Cílem je změřit co nejlépe periody jejich rotace a zkalibrovat hodiny pro budoucí použití.

Další čtení

Nejčtenější