Szénburokkal fedett csillagtetemek

727

Ezek a égitestek valószínűleg olyan fejlődési utat jártak be, ami eddig nem szerepelt a csillagok életét leíró modellek között. Lehetséges, hogy olyan csillagok végállapotait jelzik, melyek ugyan nem voltak elég nagy tömegűek szupernóvaként való szétrobbanáshoz, de nem is voltak túl messze a szükséges tömeghatártól.

A hélium égésével járó termonukleáris reakciók "hamuja" szén és oxigén. Azon csillagokból, melyek tömege nem elegendő ahhoz, hogy életüket szupernóvaként fejezzék be, a nukleáris üzemanyag elfogyta után fehér törpe keletkezik. Utóbbi objektumok sűrűsége nagyon nagy, mivel a Földdel összemérhető térfogatba naptömegnyi anyag zsúfolódik. A ma elfogadott modellek szerint a legtöbb fehér törpe magja szénből és oxigénből áll, ezt azonban elfedi előlünk a csillag hidrogént és héliumot tartalmazó légköre. Ennek fényében senki sem számított arra, hogy egy fehér törpe atmoszférája tisztán szénből is állhat.

Fantáziarajz a H1504+65 fehér törpe felszínéről.
(Lunarismaar/M.S. Sliwinski és L.I. Sliwinska)

Patrick Dufour, az arizonai Steward Obszervatórium kutatója és
kanadai, illetve francia munkatársai azonban találtak olyan fehér törpéket, melyek légkörében nem mutatható ki a Világegyetem két leggyakoribb eleme, a hidrogén és hélium. Az objektumokat a Sloan égboltfelmérés (SDSS, Sloan Digitized Sky Survey) keretében felfedezett körülbelül tízezer új fehér törpe között azonosították. (Az SDSS egyébként megnégyszerezte az összesen ismert fehér törpék számát!)

A kutatócsoport egyik tagja, James Liebert, 2003-ban néhány
tucat olyan fehér törpét talált a mintában, melyek színképük alapján főleg héliumból és szénből állónak tűnnek. A DQ  spektráltípusba tartozó objektumokról úgy gondolják, hogy a héliumhéjban működő konvekció (a csillag anyagának le-föl irányuló nagyléptékű áramlása) hatására jut ki a szén a  belső szén-oxigén magból.

Dufour még a montreali egyetemen kidolgozott egy számítógépes kódot a hideg, 5000 és 12000 K közötti hőmérsékletű DQ típusú fehér törpék légkörének modellezésére. A Steward Obszervatóriumba kerülve továbbfejlesztette a programot a forróbb fehér törpék modellezésére is, egészen 24000 K-ig. A kód futtatása során azonban a várakozásokkal ellentétben azt
tapasztalta, hogy a forró csillagok esetében nem sikerül a modell
eredményeit az SDSS adataival összhangba hozni, még akkor sem, ha a modellekben növelte a szén gyakoriságát. A kudarc hatására aztán úgy döntött, hogy megpróbálkozik egy olyan dologgal, amivel addig még senki sem: egy tisztán szenet tartalmazó légkör modellezésével, ami meglepetésére remekül működött is, segítségével jól visszaadhatók a megfigyelt színképi jellegzetességek.

Dufour és kollégái a Sloan adatbázisban talált, s eddig
ellenőrzött körülbelül 200 fehér törpe közül nyolc esetében mutatták ki, hogy az atmoszférát a szén dominálja. Ezen csillagok hőmérséklete 18000 és 23000 K közötti, s ez egyelőre fejtörésre adhat okot, hiszen túl magas a szén korábban említett felkeveredéses feldúsulásához a légkörben. A jelenség magyarázatára valami más megközelítés szükséges.

A kutatók elképzelése szerint ezek a csillagok a John Nousek
(Penn State University) és Liebert által már 1986-ban leírt, jóval forróbb, H1504+65 katalógusjelű objektumhoz hasonló csillagokból alakultak ki. Ha ez így van, akkor a szénlégkörrel fedett objektumok a csillagfejlődés eddig ismeretlen útját reprezentálják. A H1504+65 egyébként egy nagyon forró, kb. 200 ezer K hőmérsékletű csillag. Az elképzelések szerint ez a csillag korábbi fejlődése során valamilyen módon "megszabadult" az összes hidrogénjétől, majdnem az egész héliumtartalmától, s gyakorlatilag csak a csupasz magja maradt, aminek felszínén nagyjából egyenlő arányban szén és oxigén figyelhető meg.
Dufour szerint a H1504+65-höz hasonló csillagok hűlésekor az elemek sűrűség szerint szeparálódnak, így szétválik a szén, az oxigén és a maradék hélium. 25000 K felett ez a kevés hélium felemelkedik, s egy vékony héjat alkot a sokkal nagyobb tömegű szénburok felett. Ekkor a csillag héliumlégkörű fehér törpeként azonosítható. 18000 és 23000 K között azonban a szénhéjbeli konvekció valószínűleg felhigítja a vékony héliumhéjat. Ezen a hőmérsékleten a szénnél nehezebb oxigén nagy valószínűséggel olyan mélységbe süllyed, ahonnan a konvekció már nem tudja felkeverni. Egy 1999-es eredmény szerint a 9 és 11 naptömeg
közötti csillagok legvalószínűbb végállapota egy fehér törpe, melynek oxigén-magnézium-neon magját főleg szénből és oxigénből álló légkör veszi körül. Úgy tűnik, ezt most Dufour és kollégái modelljei is megerősítik. Az ennél nagyobb tömegű csillagok szupernóvaként robbannak, de a tömeghatár még rendkívül bizonytalan. Pontosításához Dufourék a 6,5 méteres MMT teleszkóppal (Mount Hopkins, Arizona) további észleléseket
terveznek.

Az eredményekről részletesen beszámoló szakcikk a Nature c. folyóirat 2007. november 22-i számában jelent meg.

Forrás: Nature 450, 522-524 (2007. november 22.)

Hozzászólás

hozzászólás