Teleskop XRISM rozluštil 50letou záhadu hvězdy Gamma Cas: Za rentgenovým zářením stojí bílý trpaslík

Hvězda Gamma Cassiopeiae (γ Cas), viditelná pouhým okem v souhvězdí Kasiopeji, mátla astrofyziky celých padesát let. Emisemi rentgenového záření o intenzitě a teplotě, které byly neslučitelné s očekáváními od běžné masivní hvězdy, představovala dlouhodobou záhadu. Díky pozorováním provedeným nástrojem Resolve na palubě japonského teleskopu XRISM se nyní podařilo tuto emisi připsat bílému trpaslíkovi obíhajícímu kolem γ Cas. Tento objev zároveň potvrzuje existenci rodiny binárních systémů, jejichž existence byla dlouho předpovězena, ale nikdy nebyla jasně identifikována.

Výsledky této studie, kterou vedli astronomové z Univerzity v Lutychu, byly publikovány v časopise Astronomy & Astrophysics. Hvězda γ Cas byla v roce 1866 italským astronomem Angelem Secchim jako první identifikována jako hvězda typu Be. Hvězdy typu Be jsou rychle rotující masivní hvězdy, které pravidelně vyvrhují hmotu. Tato hmota tvoří disk kolem hvězdy, jehož přítomnost se projevuje charakteristickými emisemi v optickém spektru.

V roce 1976 se ukázalo, že γ Cas emituje rentgenové záření s přibližně 40krát vyšší svítivostí než srovnatelné masivní hvězdy, s plazmou zahřátou na více než 100 milionů stupňů a neobvykle rychlou variabilitou. Dvě desetiletí monitorování pomocí velkých vesmírných observatoří následně odhalila asi 20 objektů sdílejících tyto vlastnosti, čímž se vytvořila podtřída hvězd nazvaná „analogy γ Cas“.

K vysvětlení této emise bylo navrženo několik scénářů, včetně lokální magnetické rekonekce mezi povrchem hvězdy Be a jejím diskem, nebo spojení rentgenového záření s průvodcem – ať už s hvězdou zbavenou vnějších vrstev, neutronovou hvězdou, nebo akrečním bílým trpaslíkem. Astronomové z Univerzity v Lutychu již dříve vyloučili první dva typy průvodců na základě rozporů mezi pozorováními a teoretickými předpověďmi. Akreční bílý trpaslík a magnetické interakce zůstávaly možnými kandidáty, ale žádné pozorování nedovolovalo mezi nimi rozhodnout.

Pro vyřešení této otázky tým provedl kampaň s využitím mikrokalorimetru Resolve na palubě japonského vesmírného teleskopu XRISM, nástroje, který poskytuje spektra s bezkonkurenční přesností a revolučním způsobem mění vysokoenergetickou astrofyziku. Byla provedena tři pozorování: v prosinci 2024, únoru a červnu 2025. Tato pozorování pokryla celý rozsah oběžného pohybu binárního systému, který má periodu 203 dní. Spektra odhalila, že se signatury vysokoteplotní plazmy mění rychlostí mezi třemi pozorováními, sledující spíše orbitální pohyb bílého trpaslíka než hvězdy Be. Tento posun byl změřen s vysokou statistickou spolehlivostí a představuje první přímý důkaz, že ultra-horká plazma zodpovědná za rentgenové záření je spojena s kompaktním průvodcem, nikoli se samotnou hvězdou Be.

Mírná šířka těchto signatur (řádově 200 km/s) poskytuje další informace. Účinně vylučuje případ nemagnetického bílého trpaslíka, kde akrece probíhá ve vnitřních oblastech disku, které se rychle otáčejí a produkují tak velmi široké signatury. Pozorování proto spíše naznačují, že bílý trpaslík je magnetický: disk je pak zkrácen a magnetické pole usměrňuje akreční materiál k jeho pólům.

Tyto výsledky umožňují identifikovat γ Cas a její analogy jako binární systémy typu Be + bílý trpaslík, což je populace objektů dlouho předpovídaná, ale nikdy jasně identifikovaná. Astronomové z ULiège také zdůraznili dvě charakteristické rysy této populace: týká se převážně masivních hvězd typu Be, což představuje asi 10 % z nich. Teoretické modely však předpovídaly nejen vyšší podíl, ale také spojení s hvězdami typu Be s nízkou hmotností. Tato nesrovnalost naznačuje potřebu revize modelů binární evoluce, zejména pokud jde o účinnost přenosu hmoty mezi složkami – závěr, který je v souladu s několika nedávnými nezávislými studiemi. Vyřešení této záhady tak otevírá nové cesty výzkumu pro nadcházející roky. Pochopení evoluce binárních systémů je klíčové například pro pochopení gravitačních vln, neboť právě masivní binární systémy je na konci svého života emitují.