Bolygók vagy csillagok maradványai-e a fehér törpék porkorongjai?

716

A fehér törpék a kb. 8 naptömegnél kisebb kezdeti tömegű csillagok végállapotai. Inaktívak, nukleáris energiatermelés már egyáltalán nem zajlik bennük. Magjuk oxigénből és szénből (vagy nagyobb tömegű objektumok esetén oxigénből és neonból) áll, a külső rétegek ugyanakkor főként héliumot vagy hidrogént tartalmaznak.

A magányos fehér törpék élete igencsak "unalmasnak" tűnik: felgyülemlett energiájukat évmilliárdok alatt sugározzák ki, míg végül teljesen elhalványulnak. Ha azonban a létrejövő fehér törpe egy óriáscsillagot is tartalmazó kettős rendszer tagja, a vég már korántsem lesz ennyire nyugodt. A másik csillagról ugyanis folyamatosan anyag áramlik át a fehér törpére, mely a kb. 1,4 naptömegnyi Chandrasekhar-határtömeg elérésekor összezuhan, s szupernóvaként felrobban.

Az utóbbi évek vizsgálatai azonban arra utalnak, hogy a magányos fehér törpék élete sem teljesen egyhangú (lásd korábbi cikkeinket: Egy fehér törpe porkorongja, Bolygókeletkezés egy fehér törpe körül). Egyre több "halott" csillag körül találnak például porkorongokat (melyekről korábban azt hitték, hogy – a bolygórendszerek előzményeiként – csak a fiatal csillagokra jellemzőek), illetve a Naprendszerünkben lévő kisbolygóövhöz hasonló képződményeket. A koronggal rendelkező fehér törpék vizsgálata fontos lépcsőfok lehet a Napunkhoz hasonló csillagok fejlődésének, valamint Naprendszerünk jövőjének kutatásában.

M. Jura (University of California) és munkatársai 11 fehér törpét vizsgáltak a Spitzer Űrtávcső műszereivel. A kiválasztott objektumok közös jellemzője, hogy korábbi, spektroszkópiai mérések során fémvonalakat (azaz a héliumnál nagyobb rendszámú elemek nyomait) találtak a színképükben. Ez azért számít különleges esetnek, mert a nehezebb elemek igen rövid idő (a hidrogénben gazdag fehér törpéknél néhány száz, míg a főként héliumot tartalmazó társaik esetén néhány tízezer-százezer év) alatt lesüllyednek a csillag látható, felszíni tartománya alá – azaz a fémnyomokat mutató fehér törpék felszínére valószínűleg jelenleg is áramlik a nehezebb elemekben dús anyag. Ez egy csillag körüli (ún. akkréciós) porkorong segítségével valósulhat meg, mely egy korábbi bolygórendszer maradványa lehet. A jelenlegi elméletek szerint a legjobb magyarázat a megfigyelt fémfeldúsulásokra egy bolygó- vagy aszteroida-szerű test, mely – túl közel kerülve a fehér törpéhez – az erős árapály-erők hatására feldarabolódott, maradványai pedig a csillag körüli korongba kerültek.

Jura és kollégái a porkorongokból származó infravörös többletsugárzás jeleit keresték a fotometriai adatsorokban. Az adatok feldolgozása és a modellszámítások elvégzése után három fehér törpe (GD 40, GD 133, PG 1015+161) esetében sikerült a kimutatott infravörös többletsugárzást egyértelműen egy csillag körüli porkorong jelenlétére visszavezetni. A GD 40 esetében a szénatomok relatíve kisebb arányát a kutatók egy főleg szilikátvegyületeket tartalmazó (ún. kondritos), szénben szegény aszteroida feldarabolódásával magyarázták. Egy negyedik objektumnál (GD 56) is detektáltak infravörös többletet, de ennél a csillagnál a modellszámítások egyelőre nem adták vissza egy porkorong lehetséges fizikai paramétereit. A többi, fémvonalakat mutató fehér törpénél viszont egyáltalán nem volt jele infravörös többletsugárzásnak. A kutatócsoport tagjai ezt porból és gázból álló, kevésbé sűrű korongok jelenlétével magyarázták – azonban ez a kérdés még nem teljesen tisztázott.

A fentebb taglalt eredményeknek némiképp ellentmondhat egy másik kutatócsoport vizsgálata. E. Garcia-Berro (Universitat Politecnica de Catalunya) és munkatársai egy régóta ismert, porkoronggal rendelkező fehér törpét, a GD 362-t tanulmányozták. Számításaik alapján elképzelhető, hogy az ilyen típusú csillagok korongjai, illetve a színképükben kimutatható fémvonalak nem bolygótestek feldarabolódása során keletkeztek. Alternatív megoldásként egy még egzotikusabb folyamatot, két fehér törpe összeolvadását javasolták. Korábbi tanulmányok is foglalkoztak már hasonló kettős rendszerek kialakulásának és egyesülésének lehetőségével (lásd cikkünket: Degenerált csillagok furcsa leszármazottai), azonban a csillagok körüli korongok létrejöttének okaként még nem szerepelt ez a magyarázat.

A GD 362 és porkorongjának mérete, összehasonlítva a Föld és a Szaturnusz méretével
(forrás: UCLA)

 

A kutatók elmélete szerint a GD 362 korábban egy két fehér törpét tartalmazó rendszer volt; a kisebbik komponens azonban idővel szétszakadt, és anyagából akkréciós korong alakult ki a nagyobb csillag körül. A heves folyamat során a hőmérséklet ideiglenesen megközelítette az 1 milliárd Kelvint, ami elég volt a nehezebb elemek keletkezéséhez. A számítások alapján a megfigyelt fémtartalom akkor alakulhatott ki, ha a két komponens jelentős mennyiségű héliumot tartalmazott – a spektroszkópiai adatok viszont egyértelműen arra utaltak, hogy a GD 362 felszíni rétegeiben a hidrogén dominál. Garcia-Berro és kollégái azzal oldották fel a látszólagos ellentmondást, hogy az objektum relatíve alacsony felszíni hőmérséklete (T = 9740 ± 50 K) miatt a színképében igen nehéz detektálni a héliumvonalakat – azaz a hidrogén-hélium arány valós értéke igencsak bizonytalan. A modellezések során ezért ez az érték szabad paraméterként szerepelt, s így sikerült jónak tűnő fizikai modelleket felállítani.

 

Az eredmények jól visszaadták a megfigyelt elemgyakoriságokat és a porkorongból származó infravörös sugárzás mértékét. Sikerült tehát egy teljesen új elméleti modellel leírni egy fehér törpe porkorongjának kialakulását, kiiktatva a külső folyamatok (bolygótestek, aszteroidák feldarabolódása) hatását. Ugyanakkor meg kell jegyezni (ahogy ezt a szerzők is megtették), hogy a számítások szerint a kettős fehér törpék összeolvadása igen ritka esemény (Tejútrendszerünkben átlagosan száz évente egyszer következik be), azaz nem jelenthet kizárólagos magyarázatot a porkorongok létére.

Forrás:

Hozzászólás

hozzászólás