Jednou za 374 sekund se v jednom vzdáleném hvězdném systému uzavře celý rok. Dvojice eRASSU J060839.5−704014 se skládá ze dvou bílých trpaslíků, tedy extrémně hustých pozůstatků hvězd, které většinu svého aktivního života už dávno prožily. Kolem sebe obíhají tak těsně, že jedna otočka zabere jen něco přes šest minut.
Samotný tento údaj by z dvojice dělal jednu z nejpozoruhodnějších známých ultrakompaktních soustav. Nová analýza ale odhalila ještě zajímavější detail: těch šest minut není stále stejných. Oběžná doba se postupně zkracuje. Kosmické hodiny se tedy zrychlují a naměřený vývoj velmi dobře odpovídá ztrátě energie prostřednictvím gravitačních vln.
Hvězdy, které už vlastně dohořely
Bílý trpaslík je pozůstatek hvězdy, která nebyla dost hmotná na to, aby skončila jako neutronová hvězda nebo černá díra. Po vyčerpání paliva odhodí vnější vrstvy a zůstane po ní husté jádro přibližně planetárních rozměrů. Hmota v něm je ale natlačená tak extrémně, že objekt může mít hmotnost srovnatelnou se Sluncem.
Pokud dva podobné pozůstatky vzniknou ve společném systému, může jejich vzájemný pohyb pokračovat miliardy let. U eRASSU J060839.5−704014 je však vzdálenost mezi nimi mimořádně malá. Pozorování navíc ukazují, že hmota pravděpodobně přetéká z jedné hvězdy na druhou.
V mnoha podobných dvojhvězdách přetékající materiál vytvoří akreční disk, který kolem přijímajícího objektu krouží, než postupně dopadne na jeho povrch. Tady je soustava zřejmě tak kompaktní, že proud materiálu může dopadat na druhého bílého trpaslíka přímo. Právě takové direct-impact systémy jsou vzácné a díky své extrémní geometrii poskytují astronomům mimořádně citlivou laboratoř.
Šestiminutový rok se dál zkracuje
Tým spojil pozorování z XMM-Newton, NICER a Einstein Probe a dokázal sledovat časování systému napříč delším obdobím. Výsledná oběžná perioda činí přibližně 374,15013 sekundy. Zároveň se zkracuje rychlostí zhruba 4,7 × 10⁻¹¹ sekundy za každou sekundu.
Na lidské škále působí taková změna směšně malá. V astronomii ale dokážeme sledovat obrovské množství oběhů a drobný systematický posun se postupně nasčítá. Místo dokonale pravidelných hodin tak vznikají hodiny, které se rok po roce předbíhají stále o něco víc.
Obecná teorie relativity nabízí velmi přirozené vysvětlení. Dvě hmotná tělesa obíhající v těsné soustavě vyzařují gravitační vlny. Ty odnášejí energii a moment hybnosti, takže se dráha postupně zmenšuje. Menší dráha znamená rychlejší oběh.
Časoprostor může odnášet energii celé roky
Gravitační vlny se do povědomí veřejnosti dostaly především díky prudkým srážkám černých děr a neutronových hvězd. Takové události vytvoří krátký, silný signál, který pozemské detektory dokážou zachytit. Jenže časoprostor se nevlní pouze během katastrof.
Velmi těsné dvojice kompaktních hvězd mohou gravitační záření vysílat nepřetržitě. Místo jednoho mohutného „výkřiku" produkují dlouhodobý pravidelný tón. U eRASSU J060839.5−704014 zatím tuto vlnu přímo neposloucháme, ale její účinek můžeme odečítat právě z toho, jak se mění oběžná doba.
To je důležité pro připravovanou vesmírnou observatoř LISA, která má sledovat gravitační vlny v nižších frekvencích než současné pozemské interferometry. Ultrakompaktní dvojice bílých trpaslíků patří mezi systémy, které by pro ni mohly fungovat jako velmi užitečné ověřovací zdroje.
Jedna neznámá stále komplikuje celý obrázek
Sílu gravitačního signálu na Zemi zásadně ovlivňuje vzdálenost systému a právě ta zatím není určena tak přesně, jak by si astronomové přáli. Proto je potřeba opatrnost při předpovědích, jak snadno bude dvojice pro LISA detekovatelná. Stejně tak zůstávají otevřené některé otázky kolem hmotností obou složek a přesného režimu přenosu hmoty.
To ale nic nemění na hlavním výsledku. Astronomové pozorují jeden z nejrychleji se vyvíjejících známých ultrakompaktních dvojitých systémů a jeho časování ukazuje, že oběžná energie skutečně mizí způsobem, který je v souladu s gravitačním zářením.
Vesmír se často vypráví v miliardách let. Tento systém připomíná opačný extrém. Celý jeho rok trvá šest minut a přesto dokážeme z jeho nepatrného zrychlování číst fyziku samotného časoprostoru.
Každé další kolečko kolem společného těžiště je totiž o nepatrný zlomek kratší než to předchozí.
MOHLO BY SE VÁM TAKÉ LÍBIT
Zdroje: Kód Enigma [1], The Astrophysical Journal Letters – Rapid Orbital Decay in the Ultracompact Double-degenerate Binary eRASSU J060839.5−704014 [2], arXiv – Rapid Orbital Decay in the Ultracompact Double-degenerate Binary eRASSU J060839.5−704014 [3], img ai generated
