Jaký je nejhustší objekt ve vesmíru? Nejjasnější? Nejhlučnější? Ve své nové knize Extrémní vesmír (Perigee, 2012) astronom Bryan Gaensler odhaluje držitele těchto a mnoha dalších vesmírných rekordů. V níže uvedeném úryvku z kapitoly „Extrémy teplot“ Gaensler vysvětluje fyzikální zákonitosti některých z nejžhavějších známých hvězd:
Všichni víme, že když něco zahřejete, začne to zářit. Pohrabáč v ohni svítí matně oranžově nebo červeně, zatímco běžná (žárovková) žárovka funguje tak, že zahřeje wolframové vlákno na několik tisíc stupňů, takže svítí žlutě nebo bíle. Jedná se o speciální případy univerzálního procesu, který poprvé řádně vysvětlil německý fyzik Max Planck: Prakticky každý objekt (ať už na Zemi nebo ve vesmíru) vyzařuje světlo a barva tohoto světla souvisí s teplotou objektu.
Tento efekt, známý jako „Planckův zákon vyzařování černého tělesa“, můžeme pozorovat, kdykoli se podíváme na různé barvy hvězd. Naše Slunce je poměrně průměrná hvězda. Její povrchová teplota 9 900 °C má za následek nažloutlé světlo, přesně jak Planckovy rovnice předpovídají.
Betelgeuse, jasná hvězda v souhvězdí Orion, je mnohem chladnější, asi 6 900 °C, a proto má i pouhým okem snadno identifikovatelný červený odstín. Nejjasnější hvězda noční oblohy, Sírius (známá také jako „Psí hvězda“), má povrchovou teplotu asi 18 000 stupňů F, což jí dodává modravý nádech.
Jsou však i jiné, pouhým okem neviditelné hvězdy, které jsou mnohem teplejší než Sírius. Jak uvidíme o něco později v této kapitole, skutečný děj se odehrává hluboko v jádru hvězdy, kde zuřivá jaderná fúze vytváří veškeré teplo a světlo hvězdy po dobu až miliard let. Když však typická hvězda konečně vyčerpá všechno své palivo, odfoukne většinu svých vnějších vrstev do pomalu se rozpínající plynné slupky a odhalí centrální jádro. Toto jádro, malá hustá koule helia, uhlíku a těžších prvků, již nespaluje žádný plyn prostřednictvím jaderné fúze, ale je stále neuvěřitelně horké. Tento umírající uhlík, známý jako „bílý trpaslík“, nyní patří mezi nejžhavější hvězdy ve vesmíru, je tak horký, že osvětluje okolní závoj vyloučeného plynu a vytváří nádherný zářící oblak známý jako „planetární mlhovina“.
Jak horký je nově vzniklý bílý trpaslík? Současný rekordman se nachází v srdci nádherné planetární mlhoviny. Tento zářící plynný oblak, astronomy označovaný jako „NGC 6537“, ale známější jako „mlhovina Červený pavouk“, se nachází asi 2 000 světelných let daleko směrem k souhvězdí Střelce. (Jeden světelný rok je vzdálenost, kterou urazíte za jeden rok, pokud se pohybujete rychlostí světla, celkem necelých 6 bilionů kilometrů. Takže 2 000 světelných let je přibližně 12 000 bilionů mil!)
Po celé 20. století unikal centrální bílý trpaslík v mlhovině Červený pavouk detekci a jeho teplota zůstávala neznámá. Existují dva důvody, proč jsou takové hvězdy tak těžko pozorovatelné. Zaprvé se jedná o drobné objekty pohřbené v samotných středech zářících, svítivých, okolních mračen. Jasnost a složitost planetární mlhoviny často zakrývá před zraky její centrální hvězdu.
Druhým důvodem je však paradoxně to, že extrémní žár samotné hvězdy ji činí téměř neviditelnou. Jak jsme viděli výše, Planckův zákon záření černého tělesa říká, že teplota objektu určuje jeho barvu. Sírius, jehož povrch má teplotu 18 000 °C, je tak horký, že září modře.
Co se stane, když je hvězda ještě žhavější než modrý Sírius? V takovém případě Planckův zákon stále platí, ale výsledná záře bude mít barvu mimo rozsah, na který jsou citlivé naše oči nebo běžné dalekohledy. Zejména objekty mnohem žhavější než Sírius budou zářit v ultrafialovém nebo rentgenovém světle. Rozdílné teploty a jejich souvislost s barvou prostřednictvím zákona o záření černých těles ukazují, že zdánlivě odlišné jevy, jako je ultrafialové světlo a rentgenové záření, jsou ve skutečnosti jen částmi širokého elektromagnetického spektra. Elektromagnetické spektrum popisuje celou škálu různých barev, daleko přesahujících ten kousek světla, který vidíme očima.
Bílí trpaslíci jsou tedy pohřbeni hluboko ve svých planetárních mlhovinách a jsou tak horkí, že nevyzařují mnoho viditelného světla, ale vyzařují především v ultrafialové a rentgenové části spektra. Není tedy příliš překvapivé, že přehřátá hvězda v centru mlhoviny Červený pavouk zůstávala po mnoho desetiletí nepovšimnuta. Tato situace konečně skončila v roce 2005, kdy Mikako Matsuura a jeho kolegové pomocí výkonného Hubbleova vesmírného dalekohledu umístěného na oběžné dráze nad zemskou atmosférou identifikovali malou světelnou skvrnu odpovídající bílému trpaslíkovi v srdci Rudého pavouka. V této a následných studiích se astronomům podařilo provést přesné měření barvy hvězdy a poté pomocí Planckova zákona o záření černého tělesa vypočítat její teplotu.
Výsledky jsou ohromující – povrchová teplota hvězdy v centru mlhoviny Rudý pavouk je neuvěřitelných 540 000 stupňů F, tedy více než 50krát vyšší než teplota Slunce a 30krát vyšší než teplota mocného Síria.
Tato úžasná hvězda s extrémní teplotou a velkolepou zářící mlhovinou, která ji obklopuje, je zajímavá nejen z akademického hlediska. Při pohledu na Rudého pavouka totiž vidíme náš budoucí osud. Přibližně za 5 miliard let dojde i Slunci palivo a podobně se zbaví svých vnějších vrstev. Z naší hvězdy a její sluneční soustavy zůstane jen nádherná planetární mlhovina, kterou bude osvětlovat intenzivně horký bílý trpaslík v jejím středu.
Přetištěno z knihy Extreme Cosmos od Bryana Gaenslera po dohodě s Perigee, členem Penguin Group (USA) Inc., Copyright (c) 2011 by Bryan Gaensler.