Do nitra líných bílých trpaslíků

Od obra k trpaslíkovi
Bílý trpaslík vzniká v konečném stádiu života hvězdy průměrné až podprůměrné hmotnosti. Celý život hvězdy je jakýmsi bojem s gravitací. Hvězda se brání gravitačnímu smršťování tím, že vyzařuje energii vyráběnou termonukleárními reakcemi v jejím jádru. Avšak palivo těchto reakcí je stejně jednorázovou záležitostí jako kbelík uhlí přiložený do ohně. Za několik miliard let se všechno spálí. Pak už hvězda není schopna odolat gravitaci a její jádro se začne prudce smršťovat. Tento proces produkuje také energii, jádro se ohřívá a teplo odevzdává atmosféře. Jak známe z fyziky, teplý plyn zvětšuje svůj objem, vrchní slupky hvězdy se rozepnou na několikanásobek své původní velikosti a vzniká červený obr. Dynamické procesy v horkém jádru později způsobí, že plynné obaly jsou úplně odvrženy od hvězdného zbytku a zůstane jenom odhalené jádro. Takže z objektu o rozměru několika milionů kilometrů se stane trpaslík velikosti zhruba naší planety.

Moment hybnosti se neztrácí
Když mluvíme o porušovaní zákonů fyziky línými trpaslíky, myslíme tím zákon zachování momentu hybnosti. Platí pro jakýkoliv systém těles a pro všechny procesy, které v něm probíhají. Tedy také při zániku hvězdy přes červeného obra až po bílého trpaslíka se moment hybnosti nemění. Vzpomeňme si na učivo střední školy - moment hybnosti přímo úměrně závisí od rychlosti, hmotnosti a rozměrů tělesa. Při přerodu hvězdy v bílého trpaslíka se částečně snižuje hmotnost, ale hlavně velice drasticky klesají rozměry tělesa. Aby zůstal moment hybnosti stejný, musí stejně drasticky narůst rychlost rotace. Například pokud z hvězdy velikosti Slunce vznikne trpaslík veliký jako Země, zmenší se rozměr stonásobně a hmotnost klesne asi na polovinu. Rotace hvězdy tedy musí zrychlit až na dvěstěnásobek původní - místo jednoho měsíce, oběhne trpaslík kolem své osy za tři hodiny.

Koloběh vývoje hvězdy. Levá spodní větev představuje vývoj hvězdy s hmotností menší než 1,4 hmotnosti Slunce. Hmotnější hvězdy čeká jiný osud.|foto: Zuzana Fischerová

Klamou nás trpaslíci?
Že bílí trpaslíci ani zdaleka nedosahují takových rychlostí rotace už dávno víme. Předpokládalo se však, že je to tak trochu kamufláž: trpaslíci by mohli rotovat pomalu na povrchu, ale kousek pod povrchem si to jejich hmota pádí pořádnou rychlostí kolem rotační osy. Donedávna nebylo možné poměry v nitru hvězdy změřit a tak se tato teorie jevila jako dobré vysvětlení kam se poděl přebytečný moment hybnosti. To však jenom do doby, než se rozvinula technika hvězdné seismometrie. Tu si astronomové půjčili od geologů a pracuje na podobném principu. Sledováním otřesů na hvězdě a šíření jakýchsi "hvězdotřesných" vln jejím vnitřkem, se můžeme hodně dozvědět o jejím složení, hustotě a také o rychlosti rotace. K velkému překvapení vědců měření vln na bílých trpaslících dokázalo, že ve svém vnitřku jsou stejně pomalí jako na povrchu - žádná kamufláž se tedy nekoná. Vědci z Montrealu v časopise Nature prokázali, že minimálně do 90 % své hloubky měřený trpaslík rotuje stejně pomalu, jako na povrchu.

Porovnání velikosti červeného obra a bílého trpaslíka jenž vzniknou ze Slunce.|foto: Zuzana Fischerová

Zlodějem je obálka
Jak si tedy vysvětlit, že trpaslík nemá stejný moment hybnosti, jako původní hvězda? Našel snad způsob jak se ho zbavit a porušit tak fyzikální zákony? Jistě že ne. Zákony fyziky nejsou jako zákony právní a ani bílý trpaslík nenajde žádné kličky, jak se jim vyhnout. Nemá-li moment hybnosti jádro zaniklé hvězdy, musí ho mít odvržená obálka. Vypadá to tedy, že při vzniku bílého trpaslíka se moment hybnosti hvězdy přesouvá do vrchních vrstev a po fázi červeného obra je prostě odfouknutý daleko od pohasínajícího jádra. To si pak může pomalu rotovat až do úplného vyhasnutí. Bílí trpaslíci tedy svou línou povahu obhájily - nic je nenutí se otáčet rychle.

Odfouknuté vrstvy hvězdy vytvoří kolem trpaslíka planetární mlhovinu. Tyto krásné mračna plynu a prachu pravděpodobně skrývají chybějící moment hybnosti.|foto: NASA, ESA