Mire jó egy bolygóvadász űrtávcső?

2010. január 11, hétfő

958

Tavaly
március 6-án éjszaka dübörgő robajlás rázta meg a floridai
Merritt-sziget mocsaraiban heverésző alligátorok lusta nyugalmát.
A Cape Canaveral kilövőállásáról méltóságteljesen emelkedő
Delta-II-es hordozórakéta a NASA Kepler-űrtávcsövét indította
útjára, hogy az Nap körüli pályára állva, 3,5 évig egyetlen
égboltterületet figyeljen folyamatosan. Az eszköz fő célja a
távoli csillagok előtt elhaladó exobolygók okozta csekély
fénycsökkenés kimutatása. Azonban a nagy látómező, a mérés
folytonossága és az ultrapontos fotometria csillagszeizmológiai
vizsgálatokra is alkalmassá teszi a Keplert. Ebbe a munkába az MTA
KTM CsKI munkatársai is bekapcsolódtak.

A
csillagokban gerjesztett nagyszámú rezgés vizsgálata nem csak
lokálisan – tehát például a sugár függvényében – teszi
mérhetővé a fizikai állapotjelzőket, hanem modellszámítások
révén a csillag globális paramétereire is pontos korlátokat
szolgáltat. Így a csillag sugara, tömege és kora is néhány
százalékos pontossággal állapítható meg. A bolygófedésekből
csak a csillag és a bolygó méretaránya származtatható. A
szeizmológia által szolgáltatott pontos csillagsugár birtokában
azonban a bolygó átmérőjét is pontosabban ismerjük, így
sűrűségére és összetételére – közvetve pedig kialakulására
– nézve is fontos információhoz jutunk. A módszerrel a korábban
felfedezett HAT-P-7 exobolygó
csillagának
sugarát az eddigi 10% helyett 1% pontossággal sikerült megmérni a
Kepler első 43 nap hosszúságú megfigyeléseit felhasználva.

A HAT-P-7 csillag asztroszeizmológiai paraméterei
tömeg	1,520 ± 0,036 M_nap
sugár	1,991 ± 0,018 R_nap
kor	2,14 ± 0,26 milliárd év

Konvekció által
gerjesztett rezgéseket nem csak a Nap típusú csillagok mutatnak, de
jellemzőek a kiterjedt konvektív burokkal rendelkező vörös
óriáscsillagokra is. Az alábbi ábrán több mint 1000 vörös
óriás frekvenciaspektrumát látjuk, a magasabb frekvenciacsúcsokat
világosabb színnel jelölve. Alulra a kisebb luminozitású (kisebb
sugarú), felülre a fényesebb (nagyobb kiterjedésű) csillagok
kerültek. Jól kivehető, hogy mindegyik csillagnál jelen van a
naptípusú oszcilláció, a fényesebb objektumoknál alacsonyabb, a
halványabbaknál magasabb frekvenciáknál. A vörös óriások
asztroszeizmológiája nem csak a Nap későbbi fejlődési
állapotában lévő objektumok szerkezetébe, hanem a Galaxis
lokális csillagkeletkezési történetébe is bepillantást nyújt.

Vörös óriáscsillagok frekvenciaspektrumai az égitestek mérete alapján sorba rendezve. A Nap típusú rezgések jól látható szekvenciát rajzolnak ki.

A Kepler-látómezőbe
eső négy nyílthalmaz speciális vizsgálatra nyújt
lehetőséget. Az elméleti (pl. csillagfejlődési) modellek számára
nem csak a halmaztagok közös kora, távolsága és kémiai
összetétele jelent megszorítást, hanem a megfigyelt naptípusú
oszcillációk is. A következő ábra az NGC 6819 halmaz Hertzsprung—Russell-diagramját mutatja, a vörös óriáságon tartózkodó, különböző
luminozitású csillagok Nap típusú oszcillációra nyújtva példát.
A legnagyobb amplitúdójú rezgés frekvenciája a luminozitással
változik – ahogy az az első ábránkról is leolvasható – ez pedig
minden eddiginél jobb eszközt ad a kezünkbe a halmaztagság biztos
megállapításához.

Az NGC 6819 nyílthalmaz szín-fényesség-diagramja, illetve négy vörös óriás fénygörbéjének két napos szakaszai. Figyeljük meg a változások amplitúdójának növekedését a nagyobb abszolút fényességek felé!

Végül a klasszikus
pulzáló változócsillagok, azon belül is az RR Lyrae
csillagokkal kapcsolatos korai Kepler-eredményekre nézzünk egy
példát. Az egyik legizgalmasabb probléma természetesen a mindmáig
megoldatlan amplitúdó- és fázismoduláció, azaz a
Blazhko-effektus. A Kepler 3,5 év hosszúságú folyamatos adatsora
kitűnő lehetőséget nyújt a modulációs jellemzők – földi
távcsövekkel nehezen követhető – hosszú távú változásainak
részletes analízisére. 28 alapmódusban rezgő RR Lyrae közül 11
mutatott egyértelmű modulációt a rövid adatsor ellenére, ez
pedig összhangban van a Konkoly Blazhko Survey által publikált
47%-os előfordulási aránnyal. Az utolsó ábrán felül egy nem-Blazhkos
(NR Lyr) alul maga a névadó csillag, a 40 nap körüli modulációs
periódust mutató RR Lyrae fénygörbéje, jobbra pedig a pulzációs
periódus szerint feltekert fénygörbék láthatók. Figyeljük meg
a 43 nap hosszúságú megszakításmentes adatsort, és a vonalszerű
fénygörbét.

RR Lyrae típusú csillagok fénygörbéi.

A
Kepler minden bizonnyal a legtöbb változócsillagtípus
vizsgálatában áttörést fog hozni, legyen az pulzáló, fedési,
eruptív, kataklizmikus vagy aktivitást mutató, foltos, vagy éppen
naptípusú csillag. A kezdeti, bíztató eredmények alapján akár
új típusok, új asztrofizikai jelenségek felfedezése sem zárható
ki. A legérdekesebb felfedezésekre időről-időre visszatérünk.

Az
összefoglaló alapjául szolgáló közlemények a Publications of
the Astronomical Society of the Pacific és az Astrophysical
Journal c. folyóiratokban jelennek meg.