Skúma mihotanie objektov vo vesmíre [Denník N]

Mihotanie akréčneho disku nie je náhodné a slovenský astrofyzik Andrej Dobrotka z STU a jeho kolegovia v ňom hľadajú určité časové vzory
Niekedy mám pri práci meditatívne chvíle a žasnem nad vecami, ktoré skúmame a objavujeme, lebo sú také veľké a zvláštne, vraví pre Denník N astrofyzik Andrej Dobrotka. Vedec sa zaoberá výskumom akrécie, ktorú skúma na dvojhviezdach, čiernych dierach a supermasívnych čiernych dierach. Odborník pôsobí v Ústave výskumu progresívnych technológií na Materiálovotechnologickej fakulte STU v Bratislave so sídlom v Trnave.
V prípade interagujúcich dvojhviezd je jedna hviezda (biely trpaslík) gravitačne dominantnejšia a „požiera“ druhú hviezdu, ktorá prichádza o svoju hmotu. Takýto proces nabaľovania hmoty z okolia sa odborne nazýva akrécia. Keďže materiál z požieranej hviezdy nepadá priamo do tej agresívnejšej, vytvára sa z neho takzvaný akréčny disk. „Celý tok hmoty je veľmi turbulentný, čo spôsobuje, že disk nežiari konštantne, ale blikoce (z angl. flicker),“ vraví astrofyzik Dobrotka. Takéto mihotanie či zmeny v jasnosti akréčneho disku nie sú náhodné a vedci v nich hľadajú určité časové vzory. „Keď ich nájdeme, dokážeme ich spojiť s určitými fyzikálnymi javmi, keďže všetky fyzikálne procesy majú charakteristické časové škály,“ vraví slovenský astrofyzik. Svetelná krivka, ktorá zachytáva, ako akréčny disk blikoce, tak predstavuje kľúč k tomu, aby vedci z fyzikálneho hľadiska lepšie pochopili dvojhviezdy a akréciu.

Začiatok pozorovacej kariéry
Dobrotka sa v minulosti venoval predovšetkým počítačovým simuláciám. „Sedel som za počítačom, používal som klávesnicu a monitor a pracoval som s veľkými IT skriňami. Bola to pekná práca, ale niečo mi tam chýbalo,“ spomína na minulosť astrofyzik Dobrotka. Jeho kariéra nabrala nový kurz v roku 2012, keď jeho zahraniční kolegovia vydali článok o svetelnej krivke dvojhviezdy MV Lyrae. Tú vedci skúmali aj v minulosti, no robili to zo Zeme. „MV Lyrae je v letnom súhvezdí Lyra, takže pozorovanie začnete o jedenástej večer a skončíte o tretej či štvrtej ráno. K dispozícii máte iba zopár nocí na pozorovanie ak je škaredé počasie, máte smolu a pozorovať sa nedá,“ hovorí o nevyhovujúcom skúmaní zo Zeme astrofyzik. No v uvedenom článku vedci skúmali dvojhviezdu MV Lyrae s využitím družice Kepler. Jej primárnym cieľom bolo hľadať exoplanéty, ale Kepler sa pozeral rovnakým smerom, ako je Lyra, čo vedci využili. „Kepler je fotometer s kadenciou 60 sekúnd – uvedenú oblasť sledoval nepretržite a jasnosť zaznamenával každú minútu. Robil to asi 1400 dní. Pred Keplerom ste mali zopár nocí, teraz 1400 celých dní. V oblasti, ktorej sa venujem, išlo o totálny prelom a zmenu paradigmy,“ zhodnotil Dobrotka prínos misie Kepler. „Prišlo mi to natoľko zaujímavé, že to spustilo moju pozorovaciu kariéru,“ povedal astrofyzik a dodal, že v novom zameraní pozorovateľa vesmíru našiel vášeň, ktorá mu predtým pri práci na počítačových simuláciách chýbala.

XMM-Newton, Chandra a Swift
Dobrotka a jeho tím kolegov skúma vysokoenergetické žiarenie v röntgenovej oblasti. Keďže takéto žiarenie vidno iba z kozmu, pozoruje sa družicami na orbite Zeme. Jednou z nich je ďalekohľad XMM-Newton, ktorý prevádzkuje Európska vesmírna agentúra. „Podal som si žiadosť na pozorovací čas a na moje prekvapenie mi ho dali ešte viac, ako som žiadal,“ hovorí Dobrotka, ktorý ďalekohľad XMM-Newton využíval už dvakrát, spolu viac ako 40 hodín. „Momentálne ide o najcitlivejší röntgenový ďalekohľad, aký je k dispozícii. Výhodou jeho použitia je, že vieme veľmi dobre lokalizovať zdroj pozorovaného signálu,“ hovorí Dobrotka, ktorý je podľa vlastných slov jediným vedcom zo slovenskej univerzity, ktorý s uvedeným ďalekohľadom pracuje. Podobné zariadenia ako XMM-Newton sú ďalekohľady Swift a Chandra od NASA.

Biely trpaslík
V strede akréčneho disku sa nachádza takzvaný biely trpaslík. Ide o objekt, ktorý vzniká po skončení existencie hviezdy s malou alebo strednou hmotnosťou. Na bieleho trpaslíka, ktorý už iba chladne, sa za niekoľko miliárd rokov premení aj naše Slnko. „Momentálne v Slnku horí vodík a hromadí sa hélium. No za 5 miliárd rokov sa zapáli hélium a začne sa hromadiť uhlík a kyslík. Slnko nebude dostatočne ťažké, aby zapálilo uhlík, odhodí obálku a zostane iba uhlíkovo-kyslíkové jadro, čo je biely trpaslík,“ vysvetlil Dobrotka. Koniec života však bude znamenať ešte štádium pred horením hélia, keď sa Slnko zmení na červeného obra. Ide o jedno zo záverečných štádií vývoja hviezd do ôsmich hmotností Slnka.
SUPERMASÍVNE ČIERNE DIERY
K akréčnemu procesu nedochádza iba vtedy, keď je v strede akréčneho disku biely trpaslík, ale aj v prípade neutrónovej hviezdy. Dobrotka k tomu dodal: „Úplne rovnaký akréčny proces môže prebiehať aj okolo čiernej diery, keď čierna diera požiera nejakú hviezdu, alebo v takzvaných aktívnych galaktických jadrách, ktoré majú v strede supermasívnu čiernu dieru.“ Podľa astrofyzika z STU sa jeho tím ako jediný na Slovensku venuje akréčnemu procesu supermasívnych čiernych dier. Čierna diera v dvojhviezde môže mať hmotnosť niekoľkých sĺnk. „Ale supermasívna čierna diera má milióny slnečných hmotností. Aj okolo nej môže byť akréčny disk,“ povedal astrofyzik a dodal, že v tomto prípade nepožiera supermasívna čierna diera inú hviezdu, ale okolitý priestor. Podľa Dobrotku sa dnes o existencii čiernych dier nedá pochybovať. „Čierne diery síce nevidíme, ale o ich existencii vieme z ich prejavov, medzi ktoré patrí aj akréčny disk.“ V našej galaxii sa nachádza niekoľko stelárnych čiernych dier, ktoré majú hmotnosť niekoľkých sĺnk, a s vysokou pravdepodobnosťou aj supermasívna čierna diera. „Len nemá okolo seba akréčny disk, takže nemá aktívne galaktické jadro a spí,“ povedal astrofyzik z STU.

Chyby v meraniach Keplera
Dobrotka a jeho tím tiež zistil, že k dátam, ktoré poskytuje ďalekohľad Kepler, treba pristupovať s istou obozretnosťou. Výhodou zariadenia je, že umožňuje pozorovať aj tie najjemnejšie zmeny jasnosti kozmických objektov. Medzi jeho neduhy však patrí, že po pravidelných zmenách orientácie (kvôli prenosu dát na Zem) sa musí prístroj tepelne stabilizovať, čo vplýva na svetelné krivky. „Tie treba vyčistiť od parazitných signálov,“ hovorí Dobrotka. „V jednom výskume sme skúmali aktívne galaxie a samostatné hviezdy, čo sú objekty, ktoré po fyzikálnej stránke nemajú skoro nič spoločné. Keďže vykazovali rovnakú frekvenciu, bolo zrejmé, že nešlo o výsledok pozorovania objektov, ale prejav chybového merania Keplera,“ vysvetlil Dobrotka. Celá vec sa ešte skomplikovala, keď podobné frekvencie vykázal aj ďalekohľad Swift. „Dokonale nás to pomýlilo – došlo tu k neskutočnej zhode viacerých náhod, no už tomu začíname pomaly rozumieť. Vyzerá to tak, že galaxie majú oscilácie s frekvenciami, ktoré sa veľmi podobajú na tie inštrumentálne, ktoré vyrába Kepler,“ povedal Dobrotka.