Zatmeni, ktere trva dva roky

Zahada stara dveste let

Epsilon Aurigae je hvezda, kterou vidite pouhym okem v souhvezdi Vozky. Sviti na 3. magnitudu — jasnejs nez vetsina hvezd na obloze. A presto kazdych 27 let zmizi. Ne uplne — zeslabne o 0.75 magnitudy — ale na dva roky. Zadna jina hvezda viditelna okem nedela nic podobneho.

Prvni, kdo si toho vsiml, byl Johann Fritsch kolem roku 1821. Od te doby jsme videli osm zatmení: 1847, 1874, 1901, 1928, 1955, 1982 a 2009. Dalsi prijde kolem roku 2036. Kazdych 27 let, pravidelnE jak hodiny — ale co presne hvezdu zakryva, to jsme pochopili az v roce 2010.

Neviditelny disk

V roce 2010 interferometr CHARA poprvé primo zaborazil, co zatmeni zpusobuje: obri nepruhledny disk prachu a plynu o polomeru 3.8 AU. Pro srovnani — dráha Jupiteru ma polomer 5.2 AU. Disk je velky jako vnitrni Slunecni soustava.

Disk je chladny (550 K), silny a temer nepruhledny. Blokuje ~70 % svetla primárni hvezdy. Ma ale jednu zvlastnost: uprostred ma diru. Behem zatmení, kdyz je hvezda primo za stredem disku, svetlo projde dirou a jasnost na chvili vzroste o ~0.1 magnitudy. Toto 'zesvětleni uprostred zatmeni' je jednim z nejpodivnejsich rysu systemu.

Disk neni homogenni. Vysokorozlisovaci spektroskopie ukazuje rotaci (Keplerovskou) a asymetrii — zadni okraj disku je 2x hustejsi nez predni.

Hvezda, ktera neni tim, cim vypada

Primární hvezda vypada jako F0 Ia superobr — 135 slunecnich polomeru, 7 750 K, luminozita 38 000 Slunci. Takova hvezda by mela mit 15 slunecnich hmotnosti. Ale pak by pruvodce v disku musel mit tez ~14 slunecnich hmotnosti — a hvezda te hmotnosti by zarila tak jasne, ze by se nedala skryt v zadnem disku.

Reseni: primarni hvezda neni pravy superobr. Je to post-AGB hvezda o hmotnosti pouhych 2.2 Slunci, ktera ztratila vetsinu hmoty behem predchozi evoluce. Vypadá jako superobr, protoze se roztahla na 135 slunecnich polomeru — ale uvnitr uz nema palivo na udrzeni te iluze.

MESA modely (Dolan+ 2018) rekonstruuji historii: puvodni binar 9.85 + 4.5 Slunci, prenos hmoty, a vysledny system 1.2 + 10.6 Slunci s periodou 547 dnu.

Hvezda, kterou nikdo nevidel

Uvnitr disku se skryva pruvodce. Nikdo ho nikdy primo nevidel. Z neprimych dukazu (SED fitovani, hmotnostni funkce, Keplerovska rotace disku) vime, ze je to pravdepodobne B5V hvezda o hmotnosti ~5.9 Slunci a teplote ~15 000 K.

Alternativní hypotéza: uvnitr disku neni jedna hvezda, ale tesny binar dvou B hvezd. 'Gravitacni slehaciho' efekt takoveho paru by vymazaval centralní diru v disku — coz by vysvetlovalo zesvětleni uprostred zatmeni.

Ať je to cokoliv, skryva se to za diskem tak dokonale, ze jediny dukaz jeho existence je gravitacni efekt na primarni hvezdu a tepelne zareni disku.

Co vidi TESS

TESS pozorovalo Epsilon Aurigae ve ctyrech sektorech (19, 59, 73, 86) pres 1847 dni. Celkem 134 154 mereni — nejhustejsi dataset ze vsech nasich svitku.

Dominantni perioda: 49.2 dnu (power 0.168), s dalsimi vyznamymi peaky na 38.8, 67.3 a 128.8 dnech. Vsechny peaky maji FAP = 0 — jsou statisticky vysoce vyznamne. Publikovane pulsacni periody (~66 a ~123 dnu) se shoduji s nasimi peaky na 67.3 a 128.8 dnech.

Variace jasnosti je mala — pouhych 2.9 % (0.032 magnitudy). Ale signal je extremne cisty. Veskerou spektralni energii koncentruje do nizkych frekvenci — 100 % v pasmu BASY, 0 % ve STREDY a VYSKY.

Nejcistsi ton na skale: 0.124

Spektralni entropie Epsilon Aurigae je eta = 0.124. To je zdaleka nejnizsi hodnota ze vsech analyzovanych objektu — nizsi nez Przybylskeho hvezda (0.476) i nez TIC 120362137 (0.486).

Proc tak nizka? F superobr pulzuje v nekolika cistych modech (49, 67, 129 dnu) a nic jineho v signalu neni. Zadny sum, zadny prach, zadne nahodne udalosti. Epsilon Aurigae je mimo zatmení jeden z nejcistejsich pulsatoru na obloze.

Na skale ladicka-chaos je Epsilon Aurigae ultra-ladicka — cisty akord o trech tonech, hluboko v usporadane zone. Jediny 'chaoticky' prvek — dvoulete zatmeni — TESS nezachytil, protoze posledni bylo 2009-2011.

Osm zatmeni za dveste let

1821 — Fritsch si vsimne promenlivosti. 1847 — prvni dobre dokumentovane zatmeni. 1928 — McLaughlin detekuje Doppleruv posun v zaclonkovem spektru — prvni dukaz rotace disku. 1982 — IUE, polarimetrie, IR pozorovani. 2009-2011 — nejlepe pozorovane zatmeni v dejinach: interferometrie CHARA (Nature 2010), Spitzer IR, obcanska veda projekt Citizen Sky.

Kazde zatmeni trva ~700 dnu. Hloubka je stabilni (~0.75 mag). Zesvětleni uprostred se meni od zatmeni k zatmeni — coz muze znamenat, ze disk pomalu evoluuje.

Dalsi zatmeni: ~2036. Bude to prvni zatmeni pozorovane JWST, a pravdepodobne i prvni s pristroji, ktere dokazou primo zobrazit strukturu disku v infracervenem svetle.

Kde na skale lezi Epsilon Aurigae

Spektralni entropie eta = 0.124 radi Epsilon Aurigae na nejnizsi misto skaly — pod vsemi doteraz analyzovanymi objekty. Cisty pulsacni signal F superobra bez rusivych vlivu.

Hodinovy stroj na obloze

Epsilon Aurigae je system, ktery dela dve veci dokonale: pulzuje a zatmiva se. Pulzace jsou cisty akord v nizkych frekvencich. Zatmeni je presne jako svycarske hodinky — kazdych 27.1 roku, na den presne.

A presto v sobe skryva zahadu: hvezdu, kterou nikdo nikdy nevidel, schovanou uvnitr disku velkeho jako vnitrni Slunecni soustava. Za deset let, v roce 2036, ji budeme moci studovat s nastrojem, o kterych Fritsch v roce 1821 ani nesnil.

Kde se potkáváme s konvenční fyzikou

Epsilon Aurigae: disk o průměru 3.8 AU skrývající průvodce, perioda 27.1 let (Kloppenborg et al. 2010). Nejdéle známý zákrytový systém s dlouhou periodou. Konvenční model disk popisuje. Ale proč je zákryt tak čistý? 134 000 měření TESS a entropie ukazuje na řád, který u nepravidelného disku nemá být.