Egyetlen villanás elpusztított egy egész világot

2018.10.24. 17:25

„Kicsi a bors, de erős" – tartja a mondás, amelynek megállapítása hatványozottan igaz az űrben hemzsegő vörös törpecsillagokra. Bár tömegük csupán töredéke a Napénak, kitöréseik során mégis elementáris erejű pusztítást képesek okozni, ez a tény pedig már önmagában igen valószínűtlenné teszi a körülöttük keringő bolygókon az élet megjelenését. Vagy tévedünk? Létezik-e bármilyen stratégia, amivel a sarjadzó földönkívüli organizmusok megvédhetik magukat? Egyáltalán, mitől ilyen vadak és rombolók a vörös törpék? Többek között erről is kérdeztük a szóban forgó égitesteket vizsgáló NASA-kutatás résztvevőit.

A vörös törpék amellett, hogy „kozmikus mérőszalaggal" mérve parányiak, igen kevés fényt sugároznak ki. Az alacsony kisugárzás és felszíni hőmérséklet a csillag hidrogén tartalmának nagyon lassú elégetéséből adódik. Ez elképesztően megnyújtja a vörös törpecsillagok várható életidejét, ami így akár több billió évre is rúghat. Ez az idő olyan hosszú, hogy a világegyetem keletkezése óta még egyetlen vörös törpe sem élte le az életét. Csábító tehát a gondolat, hogy esetleg a törpék körül keringő bolygók valamelyikén talán kialakulhatott az élet, sőt, annak akár fejlettebb, intelligens formája is megjelenhetett.

Az izgatott várakozásokat némileg lehűti, hogy e csillagtípusok nem békés természetükről híresek, elképesztő erejű kitöréseket képesek produkálni, Napunk tevékenysége valósággal elbújhat a kicsiny törpék agresszivitása mögött. Felmerül a kérdés, vajon milyen szinten érintheti a közeli bolygókat a csillagok légkörének hirtelen, percek alatt bekövetkező erős kifényesedése (ezt szakszóval flerjelenségnek nevezzük).

A választ a HAZMAT (Habitable Zones and M dwarf Activity across Time, magyarul Lakhatósági Zónák és M színképtípusú Törpék Aktivitása Időről Időre) elnevezésű projekt szeretné megtalálni. Maga az angol rövidítés eredetileg „veszélyes anyagokat" (hazardous materials) jelent. Azokat a matériákat írja le, amik fenyegetést jelentenek a környezetre és ezzel párhuzamosan magára az életre is. Az efféle tényezők vizsgálatát kutatók egy csoportja most egész bolygókra terjesztette ki. Megnézik, hogy az anyacsillagok erőteljes flerjei hogyan tesznek élhetetlenné komplett planétákat atmoszférájuk befolyásolásával, rosszabb esetben elpusztításával.

A kutatásról a programban résztvevő két szakértő, R. O. Parke Loyd és Evgenya Shkolnik (Arizonai Állami Egyetem, Tempe, Arizona) számolt be lapunknak.

Egy művész elképzelése egy vörös törpecsillagrólForrás: NASA

Feltárják a vörös csillagok történetét

A HAZMAT program abból a célból jött létre, hogy megértsük, hosszú távon miként voltak hatással a bolygókra a központi csillagjuk felől érkező nagy energiájú sugárzások. A jelenlegi megfigyelések csupán pillanatfelvételeket képesek szolgáltatni a vizsgált planéta környezetéről. Ezért, hogy tudásunkban a vörös törpék nagy energiájú sugárzásának módosulásaival kapcsolatos történeti hézagokat befedjük, számos, különböző korú csillag sugárzását kellett tanulmányozni, feltérképezve annak időbeli változásait. A rések eltüntetése nélkülözhetetlen ahhoz, hogy végül kiderítsük, hol és hogyan bukkanhat fel, vagy - éppen ellenkezőleg -, nem jelenhet meg az élet a világegyetemben" – mondta az Origónak Loyd és Shkolnik.

Jelenlegi tudásunk alapján az M színképtípusú vörös törpék az univerzum leggyakoribb és leghosszabb ideig létező csillagainak számítanak. A projekt során három különböző korosztályba tartozó (fiatal, középkorú, öreg) törpecsillagokat vizsgálnak ultraibolya tartományban a Hubble űrtávcső segítségével.

„Az általunk ismert fiatalabb (vagyis 40-45 millió éves) vörös törpéket a Hubble űrteleszkóp Kozmikus Eredetvizsgáló Spektrográf műszerével figyeltük. A készülék egyik legnagyobb erénye, hogy képes a távoli ultraibolya tartományban figyelni e csillagok sugárzását, vagyis azt a tevékenységet, ami kémiailag módosíthatja egy bolygó atmoszféráját. Továbbá a vörös törpék flerjei is nagyon szépen kimutathatóak távoli ultraviola hullámhosszon. Mivel megmértük a törpékből jövő távoli ultraibolya sugárzás időbeli változásait, azonosítani tudtuk a flerek okozta hirtelen kifényesedéseket, és képesek lettünk azok gyakoriságát is meghatározni. A műszer ezen kívül a szuperfler >>színének<< mérését is lehetővé tette számunkra azáltal, hogy megfigyelhettük a jelenség spektrumát. Ez a lépés alapfeltétele volt annak, hogy különböző hullámhosszakon (látható fény, infravörös... stb.) megbecsülhessük a fler teljes kisugárzott energiáját" – ismertették a kutatás technikai hátterét a szakemberek.

Forrás: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)

Szilaj ifjak

A vörös törpéknél detektált flerek az elméletek szerint azért jöhetnek létre, mert erős mágneses mezeiket a csillaglégkör forgó mozgásai összecsavarják. A folyamat idővel annyira erőteljessé válik, hogy a mágneses tér megtörik, majd újrakötődik, ez pedig hatalmas energiafelszabadulással jár együtt.

A kutatócsoport azt találta, hogy a legnagyobb energiájú kitöréseket éppen a legfiatalabb – 40 millió éves - vörös törpék generálják, idősebb korban ugyanakkor lenyugszanak. Ennek oka nagyon egyszerűen magyarázható.

„Ahogy a csillagok öregednek, egyre lassabban forognak. A forgómozgás sebességének csökkenésével mágneses mezejük is gyengül. A mágneses terek összecsavarodása révén törhetnek ki a flerek. Amikor a mezők már annyira hajlítottá és nyújtottá válnak, hogy azt nem bírják tovább, hirtelen megtörnek és egy kevésbé kusza elrendeződésbe kötődnek át, rövid idő alatt óriási felgyülemlett energiát szabadítva fel ezzel. Az erősebb mágneses mezők jobban bírják a gyűrődést, de egyúttal pusztítóbb flereknek adnak életet, ha egyszer szétzilálódnak" – mondták a kutatók.

A fiatalabb vörös törpék vizsgálata azért is kulcsfontosságú, mert ekkor állnak össze a körülöttük keringő bolygók.

Forrás: Science Photo Library/MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Mark Garlick/Science Photo Libra

Naponta van világvége

Minket földieket leginkább azok a kőzetbolygók érdekelnek, amik az úgynevezett lakhatósági zónában vannak – abban a régióban, ahol a hőmérsékleti viszonyok kedveznek a felszíni folyékony víz jelenlétének. Ahogyan azonban korábban olvashattuk, a vörös törpék létszámukat tekintve komoly túlerőben vannak a többi csillagtípushoz képest, célszerű tehát a környezetükben előforduló planéták élhetőségét kutatni.

Amennyiben csak az 1-1,5 földsugarú, hagyományos értelemben vett lakhatósági zónában keringő bolygókat nézzük, a vörös törpék 10-30 százaléka körül lehetnek földszerű égitestek" – mondta Loyd és Shkolnik.

Azt is láthattuk, hogy a fiatalabb törpék nagyon aktívak, akkora energiájú flereket bocsátanak ki magukból, ami vagy módosítja a még szinte csecsemő bolygók légkörének kémiai összetételét, vagy teljesen el is söpri az atmoszférát.

A HAZMAT első eredményei a napokban jelentek meg a The Astrophysical Journal szakfolyóiratban. Ebben összesen 12 vörös törpe kitörésének gyakoriságát figyelték. A látottak ámulatba ejtették még a kutatókat is. Az egyik fiatal csillag flerje sokszorosan meghaladta a Nap valaha feljegyzett legerősebb kifényesedésének erejét. És ha ez nem lenne elég, a számítások szerint hasonló szuperflerek napi szinten (vagy az sem kizárt, hogy naponta több alkalommal is) érkezhetnek a törpecsillagokból.

Forrás: NASA, ESA and D. Player (STScI)

Hogyan létezhetne élet ilyen pusztító körülmények közt?

A megkérdezett kutatók szerint nem feltétlenül kell feladnunk minden reményt, még ilyen mostoha kozmikus körülmények között is létrejöhetnek olyan bolygók, amik alkalmassá válhatnak különféle organizmusok fenntartására.

Két hatást kell itt számításba vennünk – a flerek elsöpörhetik a bolygó légkörét, és sugárzással közvetlenül károsíthatják az életformákat." – magyarázza Loyd és Shkolnik – „Elképzelhető, hogy globális mágneses mezejükkel az intenzív flerek mellett is képesek megtartani a bolygók eredeti légkörüket. Még mindig nem értjük teljesen annak a fizikáját, hogy az olyan bolygók esetében, mint a Mars, miként képes a bolygólégkör elszökni. Ha (a bolygók) ősi légkörüket el is vesztik, még mindig lehetőségük van egyfajta >>másodlagos légkör<< kialakítására, amint a csillag aktivitása idővel lecsökken. Ennek egyik lehetséges mechanizmusa, hogy a bolygó belsejében csapdába esett gázok vulkáni tevékenység révén a felszínre törnek. További túlélési opció, hogy az élet a kőzetfelszín vagy egy nagyobb jégtömb alatt ver tanyát, esetleg az óceánt használja pajzsként, hogy megvédhesse magát a káros sugárzástól. De maguk az élőlények is evolválódhatnak úgy, hogy komoly védőpáncélzattal - például nagyon vastag bőrrel - vészeljék át a megpróbáltatásokat. Egyszóval rengeteg forgatókönyv létezhet, és valószínűleg sok még nem is fordult meg a fejünkben."

Forrás: Science Photo Library/MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Mark Garlick/Science Photo Libra

Hogyan tovább, ha már nincs Hubble?

Sajnos tagadhatatlan, hogy a Hubble már nem mai szerkezet, az utóbbi időszakban több hír is érkezett arról, hogy az űrteleszkóp számos hibával küszködik; legutóbb egyik giroszkópja ment tönkre. A csillagászok ennek ellenére optimisták.

Hála az égnek, a HAZMAT program Hubble teleszkóppal kapcsolatos része szinte teljesen lezárult, az adatok nagy részét begyűjtöttük. Ha a megfigyelések megmaradt hányadát nem tudjuk elvégezni, akkor néhány – főként a középkorú csillagokra vonatkozó - végkövetkeztetésünk gyengül, de a projekt még ennek ellenére is sikerként könyvelhető el" – nyilatkozta Loyd és Shkolnik.

A szakértők szerint a Hubble-nél felmerült problémákat a média kicsit felfújta. A meghibásodás a kutatóeszköz három giroszkópjának egyikét érinti, emellett a tartalék giroszkóp munkába állítását sem sikerült megoldani. A giroszkópok stabilizálják, valamint módosítják a Hubble pályáját, hogy a világegyetem különböző pontjait tudja fürkészni. Loyd és Shkolnik ugyanakkor felhívta a figyelmet arra, hogy az űrtávcső akár egyetlen giroszkóppal is képes ellátni feladatát, legfeljebb lassabban tud ráállni a következő célpontra. A megmaradt két giroszkóp felépítése egyébként sokkal strapabíróbb az elromlotténál, így várható élettartamuk is lényegesen hosszabb. A kutatók optimisták, és arra számítanak, hogy az űrteleszkóp hibáit rövidesen kijavítják.

Amint a Hubble csapata végez a kárelhárítással, arra számítunk, hogy még sok-sok tudományos vizsgálatot végezhetünk a kutatóeszközzel" – adtak hangot reményüknek a csillagászok.

Forrás: NASA/ESA

Egy sokszínű kutatási program

„Jelenlegi összes energiánkat a Hubble adatkészletének böngészésére fordítjuk. Éppen egy 650 millió éves vörös törpe aktivitásának intenzitását tanulmányozzuk (a szám ne tévesszen meg senkit, ez a csillag éppen csak most lépett a serdülőkorba). Miután ezzel végeztünk, összesítjük a program eredményeit, és publikáljuk a megállapításokat" – mondta Loyd és Shkolnik.

Utóbbi lépés persze távolról sem jelenti a kutatómunka lezárását, sőt, a tudomány mélyebb bugyraiba való alámerülés még csak most kezdődik. A szakértők arra számítanak, hogy komolyabb betekintést nyerhetnek olyan dolgokba is, mint például a szuperfler létrejöttét előidéző fizikai folyamat szabályozása. Emellett a Hubble-lel további olyan csillagokat szeretnének találni, amiknek életkora nagy pontossággal megállapítható (ez nem egyszerű feladat, de elengedhetetlen, ha meg akarják ismerni a csillagok evolúcióját).

Forrás: Mark A Garlick / University of Warwick

„Azt a programot is bővítenénk, amelynek keretében a K színképtípusú csillagok aktivitását követjük nyomon – tanulmányozásuk azért is fontos, mert számuk messze meghaladja a naptípusú csillagokét, ugyanakkor nagy valószínűséggel sokkal stabilabb környezetet biztosítanak bolygóiknak, mint a vörös törpék" – magyarázták a kutatók.

Végül, de nem utolsó sorban – egyfajta spin-off küldetésként - a SPARCS nevű, „Cube Sat szabvány" szerint készült miniatűr műhold fog még pontosabb statisztikai adatokat szolgáltatni a megfigyelt vörös törpék aktivitásáról.

Mint láthatják, a HAZMAT egy sokszínű kutatási program, és az elkövetkezendő pár évben az is marad" – összegezte a projekt jövőjét Loyd és Shkolnik.