Földi laborban modellezték egy fehér törpe légkörét

4387

Gondolt már arra, hogy saját szemével nézze meg egy fehér törpe fotoszféráját? Nos, mi sem, de most mégis megtehetjük: megalkothatjuk és megfigyelhetjük egy halott csillag légkörét, csupán hozzáférést kell szereznünk a Sandia Laboratórium Z-gépéhez.

A Sandia Laboratórium Z-gépe Albuquerque-ben a fehér törpék légköréhez hasonló körülményeket teremt. (Forrás: Sandia Labs/Randy Montoya)

Ha egy kis tömegű csillag kifogy a nukleáris tüzelőanyagból, élete végén ledobja magáról a külső rétegeit. A csillag sűrű, forró magja, a fehér törpe megmarad, és miközben lehűl, nagy energiájú sugárzást bocsát ki.

A fehér törpék a csillagászok számára rendkívül hasznos objektumok. Megfigyelésükkel olyan izgalmas témák vizsgálhatók, mint a csillagképződés, a tömegvesztési folyamatok, a csillagászati objektumok távolsága, sőt, még akár a Világegyetem kora is. A pontos következtetésekhez azonban pontosan ismernünk kell ezeknek a fehér törpéknek a tömegét – nos, könnyű azt mondani…

Több módszer is rendelkezésre áll egy fehér törpe tömegének megállapítására. Az egyik legnépszerűbb és legszélesebb körben alkalmazható ezek közül a spektroszkópia: a fehér törpék hidrogénlégkörének színképvonalait elemezve megbecsülhetjük az égitest felszíni gravitációját, amelyből kiszámíthatjuk a tömegét.

Csakhogy, mint kiderült, az ezzel a módszerrel kiszámított tömegek nem felelnek meg a más módon számított tömegeknek. Vajon mi lehet ennek az oka?

Nehéz megmondani anélkül, hogy alapos, független vizsgálatnak vetnénk alá a fehér törpék légkörének hidrogénelnyelési színképvonalait. Ehhez rendelkezésre áll egy kényelmes lehetőség: ha létrehozzuk egy fehér törpe darabkáját a laboratóriumban.

A hidrogéngáz mintacellájának sematikus ábrája. A bejövő röntgensugarak felhevítik az aranylemezt és a tükröt, amelyek így sugárzást bocsátanak ki, és sűrű, egy fehér törpe fotoszférájához hasonló plazmává alakítják a hidrogéngázt. A piros vonallal jelölt irányban a kutatók megmérhetik a plazma elnyelési spektrumát. (Forrás: Schaeuble és mtsai., 2019)

A Sandia Laboratórium albuquerque-i (USA) Z-gépe a világ legerősebb sugárforrása. A gép segítségével a Marc-Andre Schaeuble (Sandia National Laboratories) vezette kutatócsoport nagy energiájú röntgensugárzással bombázott egy hidrogéngáz-cellát, hogy rendkívül forró, sűrű plazmát hozzanak létre, amely egy fehér törpe fotoszférájában uralkodó körülményeket szimulálja.

Schaeuble és munkatársai felvették a sűrű hidrogénplazma elnyelési spektrumát egy háttérforrás segítségével. Ezután a hidrogén színképvonalait erre a spektrumra illesztve meghatározták a légköri elektronsűrűséget, ami összefüggésben van a csillagtömeggel.

Érdekes módon ez a gondosan ellenőrzött kísérlet ugyanazokat a problémákat vetette fel a tömeg meghatározásával kapcsolatban, mint amelyekkel egy valódi fehér törpe megfigyelésekor találkozunk.

Felül: a Hβ- és Hγ-vonalak illesztése a minta vonalprofiljára. Alul: a Hβ-vonalból (piros) számított elektronsűrűség következetesen magasabb, mint a Hγ-vonalból (kék) számított. (Forrás: Schaeuble és mtsai., 2019)

Schaeuble és munkatársai más-más elektronsűrűségi eredményre jutottak attól függően, hogy melyik hidrogén-színképvonalat illesztették a spektrumra: a Hβ abszorpciós vonalból 30%-al nagyobb elektronsűrűségre következtetnek, mint a Hγ-vonalból. Ez az eltérés jelentősen különböző tömegeket eredményez ugyanazon fehér törpénél.

Akkor melyiket használjuk? Egyelőre nem tudjuk. Ezek a kísérletek arra utalnak, hogy a jelenlegi hidrogén színképvonal-modellek nem veszik számításba a bonyolult játék összes szereplőjét. A valódi és a mesterségesen alkotott fehér törpék további vizsgálatával talán megoldhatjuk a rejtélyt.

Az eredményeket közlő tanulmány a The Astrophysical Journal szaklapban jelent meg.

Forrás: AAS NOVA

Hozzászólás

hozzászólás