Obsah:
Většina astronomů se při studiu kosmických objektů spoléhá na ploché snímky, ale skupina výzkumníků volí alternativní přístup: Vytvářejí 3D tištěné modely obřího hvězdného systému, aby mohli studovat jeho fyzikální vlastnosti a zkoumat jeho tajemnou minulost.
Eta Carinae je nejjasnější a nejhmotnější hvězdný systém v okruhu 10 000 světelných let od Země a skládá se ze dvou hvězd obklopených svítícími obaly plynu. Skupina vědců, kteří chtějí lépe porozumět tomu, jak tento systém vznikl, vytvořila složité počítačové simulace, které předpovídaly, jak by se měl plyn pohybovat a měnit, když hvězdy obíhají kolem sebe. Vědecký tým také vytvořil video popisující jejich objevy o Eta Carinae na základě svých zjištění.
Ale simulace bylo obtížné rozluštit na obrazovce počítače, takže vědci použili 3D tiskárnu, aby oživili rysy Eta Carinae ve třech rozměrech. Výzkumníci plánují zpřístupnit plány 3D tisku veřejnosti, takže kdokoli s 3D tiskárnou může držet tento složitý hvězdný systém ve svých rukou.
Stejná skupina astronomů studovala Eta Carinae pomocí různých dalekohledů, aby prozkoumala její minulost a učinila předpovědi o její budoucnosti. Zkoumání systému pomocí přístrojů odhalilo skořápky plynu z předchozích explozí, které se vzdalovaly od nejhmotnější hvězdy rychlostí milion mil za hodinu.
Nová data umožnila výzkumníkům sledovat kosmický vítr vycházející z primární hvězdy a odhalit expandující struktury podobné drápům. 3-D tiskárna zároveň objevila dříve neviditelné prstovité výčnělky v oblasti, kde se střetávají větry obou hvězd. Různé metody dohromady vytvořily dosud nejkomplexnější obraz binárního systému.
Výsledky představil výzkumný tým koordinovaný Theodorem Gullem z NASA Goddard minulý měsíc na 225. setkání Americké astronomické společnosti v Seattlu.
3D tisk pro vědu
Dvě hmotné hvězdy Eta Carinae obíhají kolem sebe jednou za 5,5 roku a nacházejí se asi 7 500 světelných let od Země v jižním souhvězdí Carina (Kýl). Na své oběžné dráze mohou být hvězdy tak daleko od sebe jako Slunce a Neptun, nebo tak blízko jako Slunce a Mars. Dvě masivní skořápky expandujícího plynu zvaného „homunculus“se uhánějí směrem od centrálních hvězd, s největší pravděpodobností v důsledku výbušné události, která způsobila, že systém zářil téměř tak jasně jako Sirius ve 40. letech 19. století.
V roce 2009 začal Theodore Gull z NASA Goddard studovat dvě hmotné hvězdy Eta Carinae a plynové laloky, které se od nich rozprostírají v obou směrech pomocí Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) na palubě Hubbleova vesmírného dalekohledu. V plynových lalocích objevil několik neobvyklých rysů, včetně jednoho, který přirovnává k Marylandskému modrému krabovi.
„Krab“se svými drápovitými rysy je pozůstatkem z doby před více než 10 lety, což je asi dvojnásobek doby, než obě hvězdy v Eta Carinae oběhne kolem sebe. Pozorování odhalují difúzní bubliny plynu, které se časem rozpínají směrem ven a uhánějí od hvězd rychlostí asi 1,6 milionu kilometrů za hodinu.
"Hubble/STIS skutečně řeší to, co bych nazval fosilní větry," řekl Gull a nazval svou práci na vykopávání struktur z minulých cyklů jako "astroarcheologie".
Právě tato pozorování vedla Gulla na cestu k vytvoření trojrozměrného modelu Eta Carinae.
Nejprve teoretik Thomas Madura, rovněž z Goddardu, použil podrobná pozorování astronomických přesýpacích hodin k vytvoření trojrozměrné superpočítačové simulace centrální interagující dvojhvězdy. Struktury však nadále zůstávaly nepolapitelné. Madura se obrátil na komerční 3D tiskárnu, aby prozkoumal vzdálený astronomický objekt.
"Pokud je nám známo, jedná se o první 3D výtisky superpočítačové simulace složitého astrofyzikálního systému na světě," řekl.
Tým vytvořil tištěné modely Eta Carinae ve třech různých časech během jejího orbitálního cyklu - když byly hvězdy nejdále od sebe, když byly nejblíže u sebe a tři měsíce po jejich největším přiblížení. Výsledek vedl k překvapivému vědeckému zjištění.
"V důsledku provádění této 3D tiskové práce jsme skutečně objevili tyto prstovité výčnělky, které se radiálně rozprostírají mimo oblast spirálové kolize," řekl Madura.
"Toto jsou funkce, o kterých jsme ve skutečnosti nevěděli."
Vědci se domnívají, že útvary, které jsou příliš malé na to, aby je bylo možné rozložit současnými dalekohledy, jsou skutečné útvary, které pocházejí z fyzikální nestability, ke které dochází, když se plyn proudící z jedné hvězdy v podstatě srazí se stěnou plynu z větrů jejího společníka.
Tým má v úmyslu umístit soubory 3D tisku na webové stránky a zpřístupnit je široké veřejnosti. Každý, kdo má přístup k 3D tiskárně, bude moci držet v rukou fyzické modely Eta Carinae. Tyto 3D modely by mohly být užitečné pro vzdělávací účely, stejně jako pro zrakově postižené, navrhl Madura.
"Je to skvělý způsob, jak sdělit složité vědecké výsledky neodborníkům a široké veřejnosti," řekl Madura.
Prudké větry
Jasnější ze dvou hvězd v Eta Carinae - primární hvězda - má podle odhadů hmotnost 90 sluncí, přičemž svítí více než 5 milionkrát jasněji. Systém září tak jasně, že druhá hvězda byla nalezena až v roce 2005 a její charakterizace zůstala výzvou.
"Eta Carinae sama o sobě je tak zářivá, že druhou hvězdu opravdu jasně nevidíme," řekl Madura. Výzkumný tým předpokládá, že hvězda má asi 30 hmotností Slunce a vyzařuje světlo silné jako milion sluncí.
Ačkoli většina vědců má podezření, že jasnější hvězda měla erupci, která vytvořila plynové laloky, Madura řekl: "Vlastně nevíme, která hvězda měla erupci."
Blízkost dvou hvězd znamená, že hvězdné větry plné materiálu z povrchu hvězd proudí ven a narážejí do sebe.
Hustý vítr z primární hvězdy se pohybuje rychlostí téměř 1,6 milionu km za hodinu. Když se srazí s řidším větrem ze sekundáru, který se šíří asi šestkrát rychleji, rychlé zpomalení způsobí šok z přídě kolem slabší hvězdy. Rázová vlna vytváří jasné rentgenové světlo, které se v průběhu oběžné doby hvězd mění a stoupá vzhůru a klesá, když se slabý společník pohybuje za jasnější hvězdou.
Během několika 5,5letých oběžných period astronomové pod vedením Michaela Corcorana z Universities Space Research Association v Marylandu použili dva satelity NASA - Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) a rentgenový teleskop na palubě satelitu Swift. sledovat změny jasu systému za posledních 20 let.
Ačkoli jsou fluktuace jasnosti v každém cyklu podobné, odpovídají materiálu odtékajícímu z hvězdy, a proto nejsou totožné. V roce 2009 se pokles jasu obnovil rychleji než v předchozích cyklech. Nejnovější cyklus nabídl další překvapení - v červenci 2014 byl rentgenový signál podle Corcorana jasnější než předchozí pozorování. Přes skok zůstal pokles zpět na nejnižší bod v souladu s předchozími pozorováními.
Změny jsou důležité, protože odhalují, kolik materiálu z dvojice proudí pryč.
"U hvězd určuje jejich osud hmotnost, ale u hmotných hvězd určuje jejich osud ztráta hmoty," řekl Corcoran.
"Když se podíváme na tyto rentgenové variace, můžeme říci něco velmi důležitého o tom, jak se tyto hvězdy mění."
Kromě studia Eta Carinae na rentgenu studoval Mairan Teodoro z NASA Goddard a skupina profesionálních a amatérských astronomů systém v jediné vlnové délce modrého světla vyzařovaného atomy helia, které ztratily elektron. Světlo z atomů sleduje podmínky větru z primární hvězdy.
Tyto emise však mohou být velmi slabé a obtížně odstranitelné ze zbytku světelných vln vyzařovaných hvězdou. V roce 2009 vedl Teodoro první mezinárodní úsilí o sledování podpisu helia na jižní polokouli, přičemž shromáždil příspěvky od nejméně pěti observatoří. V roce 2014 tým shromáždil ještě více pozorování. Dohromady data zahrnovala přes 400 pozorování amatérských astronomů. Studiem široké škály shromážděných dat byl tým schopen dojít k závěru, že za posledních 5,5 roku nedošlo k žádným významným změnám v jasnosti Eta Carinae.
Stálost větru ze sekundární hvězdy je poněkud překvapivá, vzhledem k tomu, že větší, jasnější primární hvězda je považována za stabilnější.
Hlubší vhled do toho, co se děje kolem viditelných okrajů dvojhvězd, může pomoci uklidnit obavy, že by tito dva mohli v blízké budoucnosti trpět násilnou smrtí. Stejně jako většina hmotných hvězd, i dvojice nalezená v Eta Carinae skončí svůj život výbuchem supernovy. Načasování je založeno na tom, jak rychle ztrácejí hmotu, než dosáhnou bodu, kdy již nejsou stabilní.
"To, co určuje konečný stav hvězdy, je to, co se děje hluboko v jádru," řekl Corcoran. Ztráta hmoty, kterou tým pozoroval, se odehrává na povrchu, nikoli uvnitř. Tato povrchová aktivita by však podle Corcorana měla naznačovat, co se děje v srdci hvězd.
V tuto chvíli se zdá, že povrchová aktivita u obou hvězd je poměrně stabilní.
"Opravdu neočekáváme, že budeme supernova," řekl Gull. "Vždycky se však můžeme nechat oklamat."
