Magyar eredmény: kitörések tüzében keletkeztek az üstökösök kristályai

Az MTA Konkoly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézete munkatársainak meghatározó részvételével működő nemzetközi kutatócsoport új magyarázatot talált arra, hol és hogyan keletkeztek az üstökösök kristályai. Eredményeiket a Nature közölte.

 

A kitörés alatt (sárgászöld) és azon kívül (kék) rögzített színképi jellemzők eltérése utal a kristályok jelenlétére (Ábrahám P., MTA Konkoly Csillagászati Kutatóintézet)

Régóta szeretnék megfejteni, hogyan kerülhettek a rendkívül magas hőmérsékleten keletkező apró szilikátkristályok a Naprendszer hideg, külső peremvidékén kialakuló üstökösökmagokba. Ezek a kristályok valószínűleg amorf szilikátszemcseként kezdték életüket, majd kristályossá alakultak. A magyarázatra egy Naphoz hasonló, fiatal csillag megfigyeléskor találtak rá a szakemeberek. Az objektumot a Spitzer-űrtávcsövel vizsgálták, és eredményeiket a Nature május 14-i számában közölték.

A magyar, német és holland szakemberekből szerveződött kutatócsoport tagjai megfigyelték, amint a fiatal EX Lupi csillag kitöréseitől a körülötte lévő szilikátszemcsék kristályokká alakulnak át. A gyakran kifényesedő EX Lupi 2008-as kitörése során a Spitzer-űrtávcsővel rögzített infravörös színkép a csillagot övező por- és gázkorongban szilikátkristályok jelenlétére utalt. Ez meglepő, mivel a csillag környezetéről nyugalmi állapotban készült korábbi mérésben nem látszódtak kristályok.

"Tudomásunk szerint ez az első eset, hogy közvetlenül megfigyelhettük a kristályképződés folyamatát" - mondja Juhász Attila, aki az MTA KTM Csillagászati Kutatóintézetében írta a diplomamunkáját, jelenleg pedig a heidelbergi Max-Planck-Institut für Astronomie doktorandusza. "Úgy gondoljuk, hogy a kristályok apró amorf porszemcsék felhevítésével jöhettek létre a csillagkörüli korong belső részén, a csillag kitöréséből származó hő hatására. Ez egy teljesen új forgatókönyv arra, hogyan keletkezhetnek ezek az anyagok."

A hevítés során egy bizonyos hőmérséklet felett az amorf anyagban felbomlanak a kötések, helyettük újak alakulnak ki. Ez az egyik módja annak, hogy a szilikátpor átkristályosodjon. A kutatóknak korábban kétféle elképzelésük volt arról, hogy hő hatására hogyan jöhetnek létre az üstökösökben és a fiatal csillagok korongjában megfigyelhető kristályok.

Egyrészt, ha az anyag sokáig van hőhatásnak kitéve egy újszülött csillag körül, akkor a por egy része a korong belső vidékén átkristályosodhat. Másrészt a korongban mozgó nagyobb égitestek lökéshullámai is képesek az útjukba eső porszemcséket rövid időre a kristályosodáshoz szükséges hőmérsékletre fűteni.

Amit Juhász és munkatársai megfigyeltek az EX Lupi környezetében, az nem illeszkedik egyik forgatókönyvbe sem. "Arra a következtetésre jutottunk, hogy ez egy harmadik, eddig ismeretlen lehetőség arra, hogy hevítés hatására szilikátkristályok jöjjenek létre egy csillagkörüli korongban" - teszi hozzá a cikk vezető kutatója, Ábrahám Péter, az MTA KTM Csillagászati Kutatóintézet tudományos tanácsadója.

Az EX Lupi hasonlít arra az égitesre, amilyen a Nap lehetett 4-5 milliárd évvel ezelőtt. A csillag néhány évente kifényesedik, mivel a csillagkörüli korong belső peremén felhalmozódó anyag rövid idő alatt rázúdul az égitestre. A kifényesedések mértéke változhat, az egészen nagy kitörések azonban, mint a 2008-as, csak körülbelül 50 évenként követik egymást.

A kutatócsoport kezdeményezésére 2008 áprilisában felvétel készült az EX Lupi-ról a Spitzer-űrtávcső infravörös színképelemző berendezésével. Bár a csillag már halványodott januári maximális fényességéhez képest, még mindig harmincszor fényesebb volt, mint nyugalomban. Az ekkor nyert adatok erősen eltértek a csillagról 2005-ben készített, nyugalmi állapotban felvett mérésektől.

2005-ben a csillag korongjának felszínét amorf szerkezetű szilikátpor alkotta. 2008-ban azonban a színkép az amorf porszemcséken kívül szilikát kristályok jelenlétét is kimutatta. A kérdéses kristály valószínűleg forszterit (Mg₂SiO₄), ami gyakran megtalálható üstökösökben és fiatal csillagok körüli korongokban is. A színkép alapján a kristályok forróak, azaz magas hőmérsékleten keletkeztek. Azonban nem lökéshullám hatására születtek, ekkor ugyanis már sokkal hidegebbek lennének, mint azt a 2008-ban megfigyelt színképük sugallja.

Fantáziarajz az EX Lupi körüli korongról és benne a szilikátszemcsékről (NASA, JPL, Caltech)

"A kitörés során az EX Lupi körülbelül százszor lett fényesebb" - mondja Juhász. ,,A kristályok a korong felső rétegében jöttek létre, de csak a csillagtól olyan távolsában, ahol a hőmérséklet 700 és 1200 Celsius-fok közé esik. Ebben a tartományban a hőmérséklet elég magas volt ahhoz, hogy a szilikátszemcsék átkristályosodjanak, de még nem párologtak el. Az a tartomány, ahol a kristályok keletkeztek, megfeleltethető annak, ahol a Föld-típusú bolygók elhelyezkednek Naprendszerünkben. 

Egy újabb rejtélyre is felhívják a szerzők a figyelmet. Az EX Lupinak 1955-56-ban volt egy, a 2008-ashoz hasonló hatalmas kitörése. Valószínű, hogy akkor is keletkezhettek kristályok a korong felszínén, de vajon mi történhetett velük? 2005-re, vagyis keletkezésük után csupán ötven évvel vagy megsemmisültek, vagy lekeveredtek a korong mélyebb rétegeibe.

"Ez az első alkalom, hogy közvetlenül megfigyelhettük az üstökösökben és meteoritokban található kristályos szilikátok keletkezését" - összegzi a kutatási eredményeket Michael Werner, a Spitzer projektvezető kutatója a NASA Jet Propulsion Laboratory-ból (Pasadena, Kalifornia). Amit ma látunk az üstökösökben, az a fiatal Nap ismétlődő kitöréseinek tüzében keletkezhetett.

Eruptív csillagok  vizsgálata Magyarországon

A fiatal, időnként váratlanul felfényesedő eruptív csillagok vizsgálata az MTA KTM Csillagászati Kutatóintézet sikeres kutatási témái közé tartozik. Az EX Lupi-hoz sok hasonlóságot mutató V1647 Orionis csillag 2004-2006-os kitörése során a forrás végső elhalványodását a világon elsőként a Piszkéstetői Obszervatóriumban észlelte Kóspál Ágnes, akkor az intézet doktorandusza, ma a Leideni Obszervatórium munkatársa ("Csillagok homályban", MTA honlap, 2005. 12. 12.).

Az intézetben a Magyar Űrkutatási Iroda és az Európai Űrügynökség (ESA) támogatásával évek óta működő infravörös és űrcsillagászati csoport (http://kisag.konkoly.hu) több más kutatási programra is időt nyert a Spitzer-űrtávcsövön. Ezen mérések alapján vizsgálják a születőben lévő csillagok környezetét, valamint az idősebb, a Naphoz hasonló csillagokat körülvevő porkorongokat. A csoport részt vállal az ESA Herschel űrmissziójában, mind a  földi előkészítésben, mind az űrtávcső aktív időszakában.

MTA KTM Csillagászati Kutatóintézet