Co skrývají pekuliární hvězdy? Rozhovor s českým astrofyzikem Zdeňkem Mikuláškem
Stálice, které si nasazují masku klauna – ano, i takové objekty lze ve vesmíru nalézt. Jedná se o hvězdy chemicky pekuliární, česky řečeno svérázné či podivné. O tom, proč se liší jejich povrch a nitro, jsme si povídali s astrofyzikem Zdeňkem Mikuláškem z brněnské Masarykovy univerzity.
Chemicky pekuliární hvězdy se od těch normálních liší především jiným chemickým složením na povrchu a v nitru, které má naprosto běžnou skladbu. Jak lze něco podobného vysvětlit?
Na chemicky pekuliárních hvězdách je nejpodivnější, že se na jejich povrchu neděje nic, respektive skoro nic. Jde o absolutně nejklidnější hvězdy, které známe – vypadá to u nich jako v království Šípkové Růženky. Jejich povrchová teplota se pohybuje od sedmi do dvaceti tisíc kelvinů, rotují dost pomalu a na jejich povrchu nacházíme velmi silné globální magnetické pole, vmražené do dobře vodivého plazmatu, takže s ním tvoří neoddělitelný celek.
Tajemství pod povrchem
Použil jste pro zmíněné vesmírné objekty spoustu příměrů, od „zmalovaných děvčat“ po „hvězdy s maskou klauna“. A navíc v nich figurovala i vaše babička. Můžete to čtenářům vysvětlit?
Začnu od té babičky… V zadním pokoji svého bytu měla dvě rozměrné skříně se strašidelnou kaštanovou dýhou, které před námi – svými vnuky – vždy pečlivě zamykala. Vlastně je otevírala, jen když k ní přišel zákazník, nebo spíš zákaznice. Babička totiž vedla půjčovnu kostýmů a masek na maškarní plesy, které byly v době mého útlého mládí velice populární. Mně se nejvíc líbily obličejové masky, jež z člověka vmžiku udělaly něco či někoho jiného. No a chemicky pekuliární hvězdy, které dnes tvoří hlavní předmět mého astrofyzikálního zájmu, představují v podstatě normální hvězdy, jež si nasazují takovou neprůhlednou masku a po mnoho desítek let ji neodloží.
Takže jde vlastně o jakési maskované klauny oblohy?
Ano. Trošku si s námi hrají na schovávanou. V jejich podpovrchových vrstvách se dostávají ke slovu velmi pomalé procesy zářivé difuze a gravitačního usazování, při nichž jsou některé chemické prvky vynášeny na povrch, zatímco jiné naopak klesají dolů. Na povrchu pak nacházíme rozsáhlé oblasti, kde se vyskytuje až stokrát víc železa nebo chromu než třeba na Slunci. A někde například úplně chybí helium, které jinak představuje druhý nejčastější prvek ve hvězdách. Nejsympatičtější jsou mi chemicky pekuliární hvězdy se skvrnami europia, praseodymu či rtuti.
Vtipně je přirovnáváte i ke „zmalovaným děvčatům“. Podařilo se už dostatečně prokázat, co se skrývá pod jejich svérázným make-upem?
Nahlédnutí pod zmíněnou masku odhalí, že se uvnitř nacházejí zcela běžné hvězdy, které zvolna spalují vodík na helium a vyvíjejí se podle standardních pravidel, bez ohledu na to, co se děje na jejich povrchu. Jinak nejsou až tak vzácné – na obloze jsou mezi hvězdami zastoupeny asi pěti procenty.
Lze pod jejich slupku nějakým způsobem alespoň trošičku nahlédnout?
Přímo to nejde, neboť jsou velice žhavé, a navíc neprůhledné. Nicméně i jednoduché výpočty ukážou, jak by vypadaly hvězdy, které by měly totéž chemické složení na povrchu i uvnitř. Jejich velikost a teplota by se viditelně lišily od toho, co pozorujeme. A podle pozorování jde vlastně pouze o tuctové hvězdy, kterých se ve vesmíru vyskytuje bezpočet.
Jak bychom si mohli představit povrch chemicky pekuliární hvězdy?
Doslova září barvami, přestože lomenými. Jak se zmíněné hvězdy pozvolna otáčejí, nastavují nám stále jinou část své masky klauna. Pozorujeme tudíž opakující se změny spektra, ale i barvy světla a podélné složky magnetické indukce globálního magnetického pole. Sledováním všech popsaných změn po desítky let lze měřit dobu rotace vnějších vrstev hvězdy s přesností na zlomky sekundy. A zde nám chemicky pekuliární hvězdy připravily další překvapení: Periody jejich rotace se mění, některé z nich se roztáčejí, jiné naopak brzdí, další to střídají. Zjevně však nepozorujeme změny rotace hvězdy samotné, ale jen tenoučké slupky tuhého make-upu, který ji obepíná a klouže po jejím vnitřku.
Jsou všechny pekuliární hvězdy stejné, nebo mezi nimi panují určité rozdíly?
Především bych poznamenal, že jejich škatulkování znamená velice nevděčnou úlohu – jednoduše proto, že každá je úplně jiná, každá je v detailech něčím originální, nezaměnitelná. Jinak ovšem v zásadě platí, že jejich vlastnosti do značné míry určuje povrchová teplota. Tak například hvězdy s nadbytkem helia nalezneme pouze v úzkém intervalu teplot od 22 do 24 tisíc kelvinů, zatímco ty s přebytkem europia patří mezi nejchladnější. Pekuliaritu navíc zesiluje globální magnetické pole, které však pozorujeme u zmíněných hvězd všech váhových kategorií.
První roky na hvězdárně
Už víme, že vám hvězdy vířily v hlavě od dětství – dokonce i při prohledávání babiččiných skříní. Ovlivnila vás rovněž brněnská hvězdárna, kam jste to měl dvanáct minut ostré chůze?
Počátek mého zájmu o hvězdy, hvězdné soustavy, galaxie a kosmologii spadá až do roku 1959, a zásluhu na tom nesl také můj kamarád a jmenovec Zdeněk Pokorný. Vesmír jsme si mezi sebou spravedlivě rozdělili: On si „uzmul“ Zemi, Měsíc, všechny planety naší soustavy i Slunce a mně „zůstal“ celý zbytek kosmu a také meziplanetární smetí, meteoroidy, komety, planetky a meteory.
Prapůvodně jsem ovšem chtěl být stěhovákem. Ta profese se mi moc líbila, především jak tahali velké a těžké kusy nábytku do horních pater. Snad v tom bylo i trošku známého z domova, protože tatínek montoval výtahy, takže se vlastně také hodně naběhal po schodech, když tam ten výtah ještě nebyl. Dodnes proto nemám problém s přemísťováním velkých kusů nábytku, jen už na sebe přece jen musím být opatrnější.
Naštěstí jste se stěhovákem nestal a volné pole vašeho zájmu mohl opanovat vesmír. Pak tedy přišel astronom?
Ano, šlo o jedno z povolání, o kterém jsem do budoucna uvažoval – mimo jiné proto, že se mým druhým domovem brzy stala již zmiňovaná hvězdárna na Kraví hoře, takže jsem dobře věděl, co to obnáší. Ale nejvíc jsem se chtěl stát učitelem, ideálně fyziky a matematiky. V záloze jsem přitom měl i kariéru klarinetisty: Od roku 1966 jsem byl totiž prvním klarinetistou Symfonického orchestru ZK železničářů, s nímž jsem absolvoval pětadvacet sezon jako hráč Luhačovického lázeňského orchestru, a hře na klarinet se intenzivně věnuju dodnes.
A věděl jste již tehdy o existenci chemicky pekuliárních hvězd, které se vám v budoucnu staly profesním osudem?
Onehdy jsem si prohlížel své zápisky z četby astronomické literatury z roku 1962 a tam jsem našel první zmínku o hvězdách spektrálního typu A se silným magnetickým polem – tedy o těch chemicky pekuliárních, umně se skrývajících před očima všetečných astronomů. Je tedy zřejmé, že jsem o nich věděl už od svých patnácti let, a již tenkrát jsem o nich přečetl všechno, co mi přišlo pod ruku.
Říká se, že astronomové představují skupinu nadšenců, která dokáže vytvořit doslova štít proti problémům okolního světa. Stala se pro vás hvězdárna v Brně takovou „bublinou“, kam špatné zprávy tolik nemohou a kde panuje především radost z poznání?
Skutečně jsem už od svých dvanácti let žil v okruhu nesmírně vzdělaných a cílevědomých mladých spolupracovníků brněnské hvězdárny, mezi nimiž jsem trávil většinu volného času. Tam se také zformoval můj názor na svět i má politická orientace. Na Kraví hoře jsme poslouchali Svobodnou Evropu i Hlas Ameriky a kolovaly mezi námi opisy děl zakázaných autorů. Do roku 1975 tam nebyl jediný člen komunistické strany. Navíc jsem díky svému zaujetí pro astronomii nijak zvlášť složitě neprožíval pubertu – měl jsem totiž úplně jiné, doslova vesmírné starosti. Pouto mezi mladými spolupracovníky brněnské hvězdárny přitom nezaniklo ani po letech. Pravidelně se setkáváme a podnikáme výlety po okolí Brna, jež zpravidla končí v některé z bezpočtu útulných hospůdek.
Dalekohled vlastní výroby
Na Kraví hoře jste v dalekohledu poprvé pozoroval Arendovu–Rolandovu kometu. Kolik vám tehdy bylo let a jak na vás zmíněný zážitek zapůsobil?
Bylo to v roce 1956, kdy jsem měl devět let, a zmiňovaná nádherná kometa měla dva úžasné chvosty. Na hvězdárně jsem si ji prohlížel čočkovým dalekohledem firmy Zeiss o průměru patnácti centimetrů, který je stále v provozu, i když se nyní nachází jinde – pod odsuvnou střechou planetária. Velmi mě tehdy zaujal rovněž demonstrátor Jiří Vagera, jenž zajímavě povídal o kometě i o Jupiteru. Bylo mi jasné, že až vyrostu, budu taky demonstrovat. Až později jsem se dozvěděl, že to byl o deset let starší student všeobecné genetiky, kterou pak coby docent učil na Přírodovědecké fakultě Palackého univerzity v Olomouci. Pohled na kometu byl zajímavý a vzácný, protože na něj tehdy čekalo mnoho desítek zájemců.
A protože jste se nechtěl tlačit ve frontě, vyrobil jste si vlastní dalekohled, že?
Přesně tak. V roce 1959 jsem si s tatínkovou pomocí vyrobil dalekohled i s azimutální montáží s tubusem z lešenářské trubky. Objektiv tvořila brýlová čočka o mohutnosti jedné dioptrie a okulár jsem použil z vlastního mikroskopu. Svůj osobní dalekohled jsem nejprve namířil na Saturn a ke svému překvapení jsem spatřil nejen kotouček planety, ale i její opěvované prstence. Nadšením jsem byl úplně bez sebe a nemohl jsem se toho pohledu nabažit.
Snůška zlatých vajec
Jak jste se tedy nakonec profesně dostal k chemicky pekuliárním hvězdám?
Natrvalo jsem se k nim vrátil v roce 1973, kdy jsem nastoupil vědeckou aspiranturu na Astronomickém ústavu ČSAV. S mým školitelem doktorem Jiřím Grygarem jsme přemýšleli, která z proměnných hvězd by se měla stát hlavním předmětem mé kandidátské disertační práce. Z trojice, kterou mi tehdy navrhl, mě nejvíc oslovila chemicky pekuliární hvězda šesté velikosti ve Velké medvědici s označením HR 5153 neboli HD 119213. V roce 1975, kdy jsem určil periodu jejích světelných změn, a tudíž i periodu její rotace, byla oficiálně překřtěna.
Od té doby se o ní tedy hovořilo jako o CQ Ursae Majoris alias CQ UMa a stala se pro vás hvězdou na celý život…
Skutečně ano. Svou kandidátskou práci o rozsahu sto padesáti stran s názvem „Studium chemicky pekuliární hvězdy CQ UMa“ jsem úspěšně obhájil v roce 1980 a stal jsem se kandidátem věd neboli CSc., což představovalo jakousi obdobu dnešního titulu Ph.D. Očekávané magnetické pole hvězdy jsme pak objevili na základě spektropolarimetrických pozorování uskutečněných pomocí tehdejšího největšího dalekohledu světa o průměru šesti metrů na severním Kavkazu.
Poté přišla další magnetická chemicky pekuliární „kráska“, HD 37776. Vy ji přirovnáváte ke slepici snášející zlatá vejce – kolik jich nakonec bylo?
Řekl bych, že nejméně tři, přičemž snůška začala v roce 2007: Tehdy jsme s kolegou Jiřím Krtičkou a dalšími spoluautory publikovali článek, jenž vysvětloval sledované světelné změny heliové hvězdy HD 37776 alias V901 Ori coby důsledek nestejnoměrného rozložení chemických prvků po jejím povrchu. Zmíněná práce se opírala o spektroskopické a fotometrické pozorování hvězdy v celém rozsahu elektromagnetického spektra a ukázali jsme v ní, že v oblastech nadbytku některých prvků – zejména křemíku – sledujeme v krátkovlnném oboru úbytek záření, zatímco ve viditelné oblasti naopak jeho přebytek oproti normálu.
Zjistili jsme, že příčina popsaného chování V901 Ori tkví v tom, že má křemík v ultrafialovém světle velmi silné spektrální čáry a pásy, které pohlcují záření. Jeho energie pak nahřívá atmosféru, což se následně projeví zesílením světla v dlouhovlnné oblasti. Zmíněný mechanismus dokáže vysvětlit světelné změny u naprosté většiny chemicky pekuliárních hvězd. A článek byl po zásluze „odměněn“ 71 citačními body, stejně jako další práce, publikovaná o rok později rovněž v Astronomy and Astrophysics.
V uvedeném článku jste také poprvé představil univerzální metodu fenomenologického modelování periodicky proměnných hvězd. Jak vašemu výzkumu pomohla?
S úspěchem jsme ji aplikovali nejen na chemicky pekuliární hvězdy. Nicméně v článku samotném se díky ní podařilo prokázat, že se rotace HD 37776 velmi silně brzdí, přičemž zmíněný jev v té době vůbec nikdo nečekal.
Stínový ředitel
Vraťme se ještě k brněnské hvězdárně, jejímž ředitelem jste se stal v roce 1977. Jaké to bylo, řídit pověstnou a vámi tolik milovanou instituci?
Velmi brzy po nástupu na hvězdárnu jsem se stal vedoucím odborného oddělení a poté i zástupcem ředitele profesora Otty Obůrky. Jenže poté, co ho vyškrtli z KSČ, nesměl již zmíněný post zastávat a z hvězdárny odešel. Já jsem se pak stal jejím vedoucím – tedy nikoliv statutárním ředitelem, protože k tomu bych musel být členem strany. Také mi to nabídli, s poukazem na můj dělnický původ, což tehdy znamenalo výhodu v ceně zlata. Striktně jsem však odmítl, takže mě ve vedení promptně nahradil straník Josef Kohout, ponechal mě ovšem ve funkci svého zástupce a v podstatě faktického ředitele.
Hvězdárnu jste vedl i po sametové revoluci a postupně jste z ní vytvořil významné osvětové a odborné astronomické zařízení. Jakou zkušenost to pro vás znamenalo?
Po převratu jsem vyhrál konkurz na ředitele a řadu let jsem pak hvězdárnu vedl. Ekonomické poměry byly zpočátku mého ředitelování dost svízelné, plat ředitele odvisel od počtu zaměstnanců, a já jsem tak bral méně než moji podřízení. Popsané problémy se však postupně „setřepaly“, dvakrát po sobě jsem úspěšně prošel vypsaným konkurzem a zajistil jsem si tím ředitelskou funkci až do důchodu – načež jsem shledal, že je načase se věnovat tomu, po čem jsem celý život toužil, a sice vědě a výuce studentů astrofyziky na Masarykově univerzitě. Podařilo se mi tam založit nový studijní obor a nyní na škole jako profesor s potěšením učím.
Intenzivně se věnujete také popularizaci astronomie. Vás omámila už v dětství: Myslíte si, že i dnes mají lidé o astronomii a o vědu obecně zájem?
Popularizace hraje pro astronomii, potažmo pro vědu životně důležitou roli, protože pokud o ni běžní lidé nebudou mít dobré mínění, přestanou ji podporovat a vývoj se zastaví. Popularizaci astronomie se věnuju nepřetržitě od svých třinácti let, vedu přednášky pro nejrůznější okruhy posluchačů, od dětských táborů po studenty univerzit třetího věku nebo členy Astronomické společnosti. Pracuju pro televizi: Populární jsou mé „kraťásky“ pro pořad Meteor na Českém rozhlase 2, pro Hvězdy jsou jak sedmikrásky nad Brnem či Rozhovory o vesmíru. Píšu populárně-naučné knihy i články. Proto vím, že také běžní lidé mají o astronomii zájem a že pro ně představuje důležitou vědu, která si podporu zaslouží.
Prof. RNDr. Zdeněk Mikulášek, CSc. (*1947)
Od roku 1998 působí na Ústavu teoretické fyziky a astrofyziky Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně, kde přednáší o fyzice hvězd a hvězdných soustav, výzkumu proměnných hvězd a didaktice astronomie. Zaměřuje se na chemicky pekuliární hvězdy a zákrytové i nezákrytové dvojhvězdy, přičemž vyvinul univerzální metodu zpracování časových řad pozorování, založenou na fenomenologickém modelování periodicky proměnných objektů. Je autorem i spoluautorem dvou stovek prací, s více než 1 500 citací.
V letech 1972–2001 působil na brněnské hvězdárně, z toho jedenáct let jako její ředitel. Zabývá se též popularizací a jeho přednášky i knihy se vyznačují neobvyklým pohledem na astrofyziku a přírodní vědy vůbec. Je laureátem Ceny Františka Nušla, nejvyššího ocenění ČAS. Od osmnácti let veřejně vystupuje jako klarinetista a vede Komorní dechovou harmonii Brno – desetičlenný soubor provozující klasickou hudbu od renesance po současnost, který před třiceti lety založil.
