Nova je astronomický jev, který nastává v binárních systémech, když bílý trpaslík odčerpává plyn bohatý na vodík z jeho doprovodné hvězdy, což vyvolává nekontrolovatelnou termonukleární reakci na jeho povrchu. Tento jev získal svůj název díky náhlému zvýšení jasnosti, který simuluje vzhled nové hvězdy na noční obloze. Avšak materiál, který je uvolněn po explozi, má velmi malé rozměry, a astronomům se dosud podařilo dedukovat pouze počáteční fáze exploze nepřímými metodami.
V tomto kontextu Centrum astronomie s vysokým rozlišením (CHARA Array) na Georgijské státní univerzitě získalo podrobné snímky prvních fází exploze dvou nov v roce 2021 prostřednictvím interferometrických pozorování v blízké infračervené oblasti. Díky kombinaci světla z několika teleskopů se CHARA Array podařilo dosáhnout extrémně vysokého prostorového rozlišení s úhly v řádu několika milisekund, což umožnilo zachytit rychle se měnící jevy v rané fázi po explozi.
„Jedná se o blízký snímek uvolnění materiálu z explodující hvězdy,“ vysvětluje Gail Schäfer, vedoucí týmu CHARA. „Abychom zachytili tyto přechodné jevy, musíme být flexibilní se svým nočním programem, jakmile jsou objeveny nové cíle.“
Dvě velmi odlišné exploze nov
Schaefer a jeho tým pozorovali dvě novy: V1674 Herculis a V1405 Cassiopeiae. V1674 byla jednou z nejrychlejších nov, jaké kdy byly pozorovány, dosahující svého maxima viditelného světla za méně než 16 hodin po jejím objevu a rychle mizící během několika dní. Oproti tomu V1405 potřebovala 53 dní, aby dosáhla svého maxima světla a zůstala jasná přibližně 200 dní.
Snímek V1674 byl pořízen pouze dva nebo tři dny po její objevu. Ukazuje explozi, která není sféricky symetrická. Existují dva proudy ejektovaných materiálů, jeden směřující na severovýchod a druhý na jihozápad, a eliptická struktura, která se téměř kolmo rozšiřuje k nim. To je přímý důkaz, že exploze byla provázena mnoha ejektami, které vzájemně interagovaly.
Spektroskopická pozorování také zachytila různé rychlostní komponenty v Balmerově řadě atomů vodíku. Zatímco absorpční čára před vrcholem dosahovala přibližně 3 800 km/s, komponenta, která se objevila po vrcholu, dosáhla přibližně 5 500 km/s.
Chronologie tohoto fenoménu není zanedbatelná. Nový proud ve jetu se objevil ve snímcích současně s detekcí vysoce energetických gama paprsků pomocí kosmického teleskopu Fermi NASA. Kolize různých rychlostních proudů vytvořila silnou rázovou vlnu, která vyzařovala gama záření.
Výsledky z V1405 byly ještě překvapivější. Dvě první pozorování během období maximální aktivity ukázala pouze jasný centrální zdroj a málo obklopujících erupcí. Průměr centra byl přibližně 0,99 milisekundu čtvereční, což odpovídá poloměru asi 0,85 astronomických jednotek (au; 1 au je vzdálenost mezi Zemí a Sluncem).
Pokud by byla vnější vrstva vyhozena na začátku erupce, expanze by probíhala po dobu 53 dní odhadovanou rychlostí, vyplývající ze spektroskopických pozorování, a měla by velikost 23-46 au. Velký rozpor mezi skutečnými měřeními znamená, že velká část vnější vrstvy nebyla zcela vyhozena po více než 50 dnech. To naznačuje, že vnější vrstva novy byla v běžné fázi vnější vrstvy, která obklopovala celý binární systém až do maxima viditelného světla.
Třetí pozorování ukázalo drastickou změnu v struktuře. Centrální zdroj nyní představoval přibližně polovinu celkového vyzařování, zatímco zbývající množství vycházelo z rozšířené oblasti. V tomto bodě se objevil široký komponent vyzařování, který se pohyboval rychlostí zhruba 2 100 km/s, zachycený teleskopem Fermi a Neil Gehrels-Swift Gamma-ray Observatory NASA v gama záření a tvrdém rentgenovém záření. Následné uvolnění materiálu vyprodukovalo novou rázovou vlnu, což vedlo k pozorované vysoce energetické radiaci.
Extrémní fyzika odhalena kosmickým laboratořím
Toto objevování ukazuje, že novy jsou mnohem složitější než pouze jedna exploze. Během posledních 15 let pozorování pomocí teleskopu Fermi bylo detekováno gama záření v rozmezí gigaelektronvoltů z více než 20 nov. Novy již nemohou být považovány pouze za laboratoře pro studium rázových vln a urychlení částic.
Především výsledky V1405 naznačují, že orbitální pohyb dvou hvězd, které tvoří binární hvězdu, kolem sebe může působit jako síla, která tlačí ven vnější vrstvu, kterou vybuchla exploze. U nov s pomalým vývojem vnější vrstva se rozšiřuje a obklopuje celý binární systém po dobu několika týdnů. Tyto jevy poskytují vzácnou příležitost k pozorování evolučního procesu, když jsou dvě hvězdy velmi blízko sebe, přímo před našima očima. Odhaduje se, že více než 10 % hvězd ve vesmíru prochází tímto procesem, ale detailní mechanismus zůstává nevysvětlen.
Předtím považované za jednoduché exploze, novy se ukazují jako daleko bohatší a fascinující jevy, než se dříve myslelo. Prostřednictvím nové okna přímých interferometrických snímků začíná pravá podstata nejdramatičtějšího fenoménu ve vesmíru vycházet najevo.
