Különleges csillagokban vizsgálhatunk egy eddig nem látott jelenséget

 

Megközelítőleg 5 milliárd év múlva, mikor a Nap felhasználta a magjában levő hidrogénkészleteit, vörös óriáscsillaggá fejlődve hatalmasra fúvódik majd fel. Életének ezen fázisa relatíve rövid a több mint 10 milliárd éves élettartamához képest. A vörös óriás 1000-szer fényesebben világít majd, mint a Nap, majd hirtelen a magjában mélyen eltemetett hélium szénné kezd alakulni egy magbéli héliumvillanás következtében. Ezt a csillag 100 millió évnyi csendes héliumfúziója követi majd, amikor kívülről nézve a csillag visszazsugorodik és kékebb színű lesz.

Asztrofizikusok elméletben már több mint 50 éve megjósolták ezeket a villanásokat, de mindeddig egyet sem figyelhettünk meg folyamatában. Egy új, a Nature Astronomy tudományos folyóiratban publikált tanulmány szerint azonban ez hamarosan megváltozhat.

Egy Naphoz hasonló csillag energiáját főképp abból nyeri, hogy hidrogénfúzióval héliumot állít elő körülbelül 15 millió K hőmérsékleten . A héliumnak azonban ennél jóval magasabb, körülbelül 100 millió K-re van szüksége ahhoz, hogy szénné kezdjen alakulni, ezért csak felhalmozódik a magban, míg a hidrogén egy héjban tovább ég (=folytatja a fúziót) körülötte.

Egy vörös óriás belső felépítése. Ebben az életszakaszában a csillag magjában hélium halmozódik fel, körülötte hidrogénégető héjjal. A növekvő sugárnyomás hatására a hidrogénben gazdag külső réteg óriásira fúvódik fel. (ATNF)

Mindeközben a csillag a Föld pályájának sugarával összevethető méretűre fúvódik fel. Idővel a csillag magjában elég meleg lesz ahhoz, hogy a héliumégés hirtelen és hevesen beinduljon: ez a magbéli héliumvillanás. A magban több ilyen robbanásszerű folyamat zajlik le a következő kb. 2 millió év során, majd végezetül egy statikusabb állapotban lenyugszik és mintegy 100 millió éven keresztül héliumot alakít oxigénné és szénné. A héliumvillanás nélkülözhetetlen szerepet játszik a kis tömegű csillagok életének megértésében. Sajnos azonban távoli csillagok magjából információt gyűjteni elképesztően nehéz, így eddig kutatók nem tudták megfigyelni ezt a jelenséget.

A modern űreszközök, mint a Kepler, CoRot és most a NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) képességeinek segítségével úgy tűnik, ez megváltozhat. A roppant érzékeny űrbéli fényességmérésekkel lehetővé vált nagyszámú csillag időbeli fényváltozásait kimérni. A magbéli héliumvillanás következtében egy csomó belső hanghullám jön létre, mely a csillagon teljesen keresztülhalad. Ettől a csillag csengőhöz hasonlóan rezeg, melynek következtében parányi, ám jellegzetes frekvenciaösszetételű fényességváltozás jön létre. A csillagpulzációk megfigyeléseiből már eddig is sokat tanulhattunk a csillagok belsejében zajló folyamatokról, hasonlóan ahhoz, ahogyan a Föld belsejéről is hordoznak információt a különböző földrengések. Ez a technika, melyet asztroszeizmológiának nevezünk, mára a csillagászat egy virágzó területévé vált.

Művészi elképzelés egy B típusú szubtörpe csillagról. A kiterjedt sötétkékkel színezett részben a hélium dominál, külső, világoskékkel jelzett rétege a megmaradt hidrogén. Magjában héliumfúzió zajlik, mely során héliumból szén és oxigén keletkezik. (Cambridge University)

A magbéli héliumvillanás igen hirtelen történik, és egy földrengéshez hasonlóan egy roppant erős eseménnyel indul, melyet több, egyre gyengébb követ a következő 2 millió éven keresztül (ez a csillagok életében igen rövid időnek számít). Az ilyen csillagok pulzációjának frekvenciái igen érzékenyek a mag állapotára, így az asztroszeizmológia segítségével többet tudhatunk meg a mag folyamatairól. Az új tanulmány fő célja az volt, hogy kiszámítsák, vajon a magbéli héliumvillanás által érintett régiók elég erős pulzációkat gerjesztenek-e ahhoz, hogy megfigyelhessük őket. Több hónapnyi analízis és szimuláció eredményeképpen arra jutottak, hogy valójában egészen egyszerű lehet őket megfigyelni. A tanulmány újdonsága, hogy a csillagászok roppant különleges, és ezidáig kevéssé jól értett csillagokat, B típusú szubtörpéket vizsgáltak. Ezek korábban vörös óriások voltak, melyek eddig ismeretlen okból elveszítették külső hidrogénrétegüket. A B típusú szubtörpék megfigyelése különleges lehetőség a forró mag vizsgálatára. Sőt, ha a megmaradó vékony réteg hidrogén nem elég vastag ahhoz, hogy lecsillapítsa az ismétlődő héliumvillanások által keltett oszcillációkat, akkor akár közvetlenül is megfigyelhetjük őket.

Mitöbb, akár azt sem lehet kizárni, hogy már láttunk is ilyesmit. Több csillag a CoRoT és a Kepler célpontjai közül megmagyarázhatatlan oszcillációkat mutatott, melyek emlékeztetnek a magbéli héliumvillanások jósolt hullámaihoz. A TESS roppant fontos szerepet fog játszani a jövőben ebből a szempontból is, hiszen rengeteg csillagot fog megfigyelni, köztük sok olyat is, ahol ezek a pulzációk észlelhetők lehetnek. Így további teszteknek tudjuk alávetni a jelenlegi modelljeinket, valamint többet tudhatunk meg arról is, hogy mi vár a jövőben saját csillagunkra, a Napra.

Forrás: csillagászat.hu

phys.org