Meglepően szabályos pulzációs mintát fedeztek fel több tucat fiatal, gyorsan forgó csillag adataiban a NASA TESS űrtávcsövével. A felfedezés forradalmasítani fogja a delta Scuti típusú változócsillagok korának, méretének és összetételének vizsgálatát.
„Ismert, hogy a delta Scuti csillagok érdekes módon pulzálnak, de ezeknek a pulzációknak a mintája eddig érthetetlen volt.” – mondta Tim Bedding, a Sydney-i Egyetem csillagász professzora. „Zenei analógiával élve sok csillag egyszerű akkordok szerint pulzál, de a delta Scuti csillagok pulzációja összetett – látszólag összefüggéstelen hangokból áll. A TESS megmutatta, hogy ez nem mindegyikre igaz.” Az eredményeket közlő cikk május 14-én jelent meg a Nature című szaklapban.
A földrengéshullámokat vizsgáló geológusok ki tudták következtetni a Föld belső szerkezetét a visszavert hullámok sebességének és irányának változásaiból. A csillagászok ugyanezt az elvet követve vizsgálják csillagok belső szerkezetét a pulzációjuk tanulmányozásával. Ezt a tudományterületet hívják asztroszeizmológiának.
A csillag belsején áthaladó nyomáshullámok sebessége a mélységgel változik, és a csillag felületén pulzációs mintázatokká állnak össze. A csillagászok ezeket a mintázatokat apró fényességváltozásokként észlelik, és ebből becsülik meg a csillag korát, hőmérsékletét, összetételét, belső szerkezetét és más tulajdonságait.
A delta Scuti típusú csillagok 1,5–2,5 naptömegűek. Nevüket a delta Scuti jelű csillagról kapták, amely a Pajzs (Scutum) csillagképben tőlünk is megfigyelhető, és 1900-ban azonosították változócsillagként. Azóta több ezer hasonló csillagot találtak, sokat a NASA 2009 és 2018 között működő exobolygó-vadász Kepler-űrtávcsövével.
A delta Scuti típusú csillagok pulzációjának elemzése azonban akadályokba ütközött. Ezek a csillagok általában egyszer vagy kétszer fordulnak meg a tengelyük körül naponta, vagyis sokkal gyorsabban forognak, mint a Nap. A gyors forgás ellapítja a pólusokat, és bonyolulttá, nehezen megfejthetővé teszi a pulzációs mintákat.
A csillagászoknak sok delta Scuti csillagot kellett rendszeresen megfigyelniük, hogy megállapítsák, van-e rendszer a látszólag kaotikus pulzációkban. A TESS űrtávcső nagy égterületeket vizsgál 27 napon át oly módon, hogy négy kamerájával 30 percenként készít egy teljes képet a területről. Ennek a megfigyelési rendnek köszönhetően az űrtávcső képes észlelni a csillagok fényességében történő változásokat, amikor bolygók haladnak el előttük. Ez a TESS elsődleges célja. A félórás periódusok túl hosszúak ahhoz, hogy a gyorsan pulzáló delta Scuti csillagok mintázatait megfigyeljük. Azok a változások percekben mérhetők.
A TESS azonban kétperces expozíciójú képeket is készít néhány ezer előre kiválasztott csillagról, így néhány delta Scuti típusú csillagról is. Amikor Bedding és munkatársai átnézték a mérési adatokat, a delta Scuti típusú csillagok olyan csoportjára bukkantak, melynek tagjai szabályos pulzációs mintázatot mutattak. Miután megtudták, mit keressenek, átnézték a hasonló megfigyelési stratégiát követő Kepler-űrtávcső adatait is. Földi távcsövekkel, így a hawaii Keck távcsővel és a Las Cumbres Observatory távcsöveivel utánkövetéses vizsgálatokat is végeztek. Összességében 60 olyan delta Scuti típusú csillagot találtak, amelynek mintázata szabályos.
A jó magaviseletű delta Scuti típusú csillagok pulzációja két fő kategóriába sorolható, mindkettőben a felhalmozódó és felszabaduló energia idézi elő a jelenséget. Néhány esetben a teljes csillag szimmetrikusan tágul ki és húzódik össze. Máskor az ellentétes félgömbök felváltva tágulnak ki és húzódnak össze. A kutatócsoport a csillagok fényességváltozásait vizsgálva következtetett a történésekre.
Az adatok már segítettek is megoldani az egyik csillag, a HD 31901 jelű égitest korával kapcsolatos kérdést. Ez a csillag egy olyan, nemrég felfedezett csillagáram része, amely galaxisunkban kering. A kutatók a csillagáram korát egy vörös óriás alapján becsülték meg, amelyet a csillagáramhoz kötöttek, és így nagyjából 1 milliárd évet kaptak. Egy későbbi becslés azonban, amely a csillagáram más tagjainak forgási periódusain alapult, csupán 120 millió évesnek ítélte a csillagáramot. Bedding kutatócsoportja a TESS adatai alapján felállította a HD 31901 jelű csillag asztroszeizmikus modelljét, amely a csillag fiatal korát erősítette meg.
A kutatócsoport szerint az általuk talált 60 csillag pulzációs mintája azért szabályos, mert fiatalabbak más delta Scuti típusú csillagoknál, és csak nemrégiben kezdték el a magjukban termelni teljes fúziós energiájukat. A fiatal csillagok sokkal gyorsabban pulzálnak, ám ahogy idősöknek, a pulzáció frekvenciája csökken, és összekeveredik más jelekkel.
Fontos szerepet játszik a kutatásban a TESS látómezeje is. Az elméleti számítások szerint egy forgó csillag pulzációs mintájának egyszerűbbnek kell lennie, amikor a forgástengelyre látunk rá az egyenlítő helyett. A kutatócsoport által vizsgált adathalmaz nagyjából ezer delta Scuti típusú csillagot tartalmaz, így ezek közül néhány véletlenszerűen épp a pólusát mutathatja felénk.
Miután a TESS júliustól 30 perc helyett tízpercenként fog a teljes területről felvételeket készíteni, a kutatók továbbfejleszthetik modelljeiket. Bedding szerint az új kutatási stratégia még több delta Scuti típusú csillag pulzációjáról lebbentheti fel a fátylat.
Forrás: NASA
