Magyar eredmény: kitörések tüzében keletkeztek az üstökösök kristályai

2009.05.16. 12:34

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.

 

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.

Forrás: NASA, JPL, Caltech

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

KAPCSOLÓDÓ CIKKEK