Magyar csillagászok felfedezték a CoRoT-űrtávcső első triplán fedő hierarchikus hármascsillagait

2689

A CoRoT űrtávcső hat éves működése során közelítőleg 1500, korábban ismeretlen fedési kettőscsillagot fedezett fel. Ezeknek a csillagoknak a CoRoT űrtávcső által készített pontos fotometriai méréseit vizsgálta át a fedési kettőshöz gravitációsan kötött további tagok nyomai után kutatva a Hajdu Tamás (ELTE Csillagászati Tanszék), Borkovits Tamás (SZTE Bajai Obszervatóriuma) és Forgácsné Dajka Emese (ELTE Csillagászati Tanszék) által vezetett, az ELTE Csillagászati Tanszék, az SZTE Bajai Obszervatóriuma és az MTA Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpontjának munkatársai alkotta kutatócsoport.

Így festhet egy hármas csillagrendszer. (Karen Teramura, UH IfA)

A kutatók elsősorban a harmadik komponens jelenléte okozta periodikus eltéréseket keresték a fedési minimumok bekövetkezésének időpontjában, az általuk korábban a Kepler-űrtávcső hármascsillagainak azonosítására kifejlesztett, és sikerrel alkalmazott módszerrel. Amennyiben egy fedési kettőscsillagnak nincs további, gravitációsan kötött társa, legyen az akár csillag, akár bolygó, a két égitest a kéttest-probléma értelmében szabályos kör- vagy ellipszispályán kering egymás körül, mégpedig szigorúan állandó keringési idővel. Így a csillagfedések is pontosan azonos időközönként következnek be. (Ezt az idealizált képet némileg árnyalhatják egyes asztrofizikai jelenségek, mint például a két csillag közti anyagátadás okozta tömegátrendeződés, illetve ellipszispálya esetén a csillagok torzultsága, valamint az általános relativitáselmélet következményeként a pálya elfordulása, az ún. apszismozgás, amely effektusok szintén változásokat okoznak az egyes fedések között eltelt időközökben. Ezek a változások azonban könnyen megkülönböztethetők a harmadik komponens hatásától.) Amennyiben a kettőscsillagnak egy további, távolabbi kísérője is van, a fedési minimumok bekövetkezésének idejében a távolabbi kísérő keringési idejével megegyező periódusú, ciklikus változás lép fel. Ennek egyik oka az, hogy egy hármas rendszerben a fedési kettőscsillag tömegközéppontjának a Földtől mért távolsága a hármas rendszer tömegközéppontja körüli keringés következtében időben változni fog, és ezért a fény véges terjedési sebessége miatt a fedések a vártnál látszólag hol hamarabb, hol később következnek be. Pontosan úgy, ahogy azt elsőként Olaf Rømer a Jupiter holdjai esetében megfigyelte. E, pusztán geometriai okokra visszavezethető, látszólagos periódusváltozás, az úgynevezett fényidő-effektus mellett, amennyiben a harmadik csillag viszonylag közel kering a fedési kettőshöz, a harmadik csillag gravitációs perturbációi tényleges változásokat is eredményezhetnek a fedési kettőscsillag keringési sebességében, illetve pályájának alakjában. Ez utóbbi, úgynevezett dinamikai effektus a fedési minimumok közti időközök változásaiból szintén kimérhető.

A fényidő-effektus elsősorban hosszabb, több éves, még inkább évtizedes, vagy akár évszázados keringési idejű harmadik kísérők kimutatására alkalmas, és segítségével az elmúlt szűk egy évszázad során több száz, másként nem észlelhető kísérő csillagot azonosítottak fedési kettősök körül. Az asztrofizikai szempontból kiemelt jelentőségű, egészen szoros, rövid külső periódusú hármascsillagok esetében jelentős dinamikai effektust teljes biztonsággal elsőként a Kepler űrtávcsővel, négy éven át folyamatosan megfigyelt fedési kettőscsillagok némelyikénél (közel hatvan rendszernél) mutatta ki 2015-ben egy magyar-amerikai kutatócsoport. (A jelenség leírásához szükséges matematikai apparátust Borkovits Tamás, a Bajai Obszervatórium csillagásza fejlesztette ki bő egy évtized alatt.)

A CoRoT kettősök vizsgálatánál a kutatóknak több tekintetben is nehezebb dolga volt, mint korábban, a Kepler-űrtávcső által megfigyelt rendszerek tanulmányozásánál. A nehézség fő oka az volt, hogy a CoRoT űrtávcső egy-egy csillagot csupán 30-150 napig észlelt folyamatosan, szemben az elsődleges Kepler-küldetés négy éven át változatlan látómezejével. Ilyen rövid idősorok értelem szerint csupán a legrövidebb külső periódusú, azaz a legszorosabb (és meglehetősen ritkán előforduló) hármascsillagok detektálására adnak lehetőséget. Ráadásul, még ezekben az esetekben is többnyire csupán a harmadik komponens egyetlen keringésének végigkövetésére van mód, amely az eredmények megbízhatóságát jelentősen megkérdőjelezi. Ezért a kutatók a fényességminimumok időpontjainak vizsgálatát kiegészítették a kettőscsillagok fénygörbéjének modellezésével is, amely lehetővé tette, hogy a csillagok egyes alapvető fizikai, illetve a csillagpályák dinamikai jellemzőit két, egymástól független módszerrel is meghatározzák, s ezáltal a kétféle módon megkapott eredmények egymást megerősítsék (vagy akár cáfolják).

A CoRoT 0101290947, illetve 010479133 katalógusszámú fedési kettőscsillagok fedésiminimumidőpont-változásait (eclipse timing variation – ETV) megjelenítő ún. O–C diagramokon jól látható a harmadik komponens jelenléte okozta periodikus változás. (A jobb oldali ábrán a piros korongok a főminimumok, míg a kék négyzetek a mellékminimumok változását szemléltetik.)

Az összetett vizsgálatok eredményeként nagy biztonsággal sikerült öt szoros, hierarchikus hármascsillagot azonosítani a CoRoT által megfigyelt fedési kettőscsillagok között. Mind az öt harmadik komponens rövid (2,0 és 3,8 nap közötti) periódusú, Algol-típusú fedési kettőscsillag körül kering. Négy esetben a harmadik csillag keringési ideje 80 és 110 nap között van, míg az ötödik hármascsillag valamivel tágabb, itt nem dönthető el, hogy a keringési idő 270 vagy 830 nap-e. A most talált szoros hármascsillagok közül kiemelkedő jelentőségű a CoRoT 010479133 katalógusszámú objektum, amely az első triplán fedő hármascsillagnak bizonyult a CoRoT-kettősök közül. (Mint arról a csillagaszat.hu korábban beszámolt, e különleges égitestcsoport egyik legkorábbi ismert képviselőjét magyar csillagászok fedezték fel a Kepler űrtávcső méréseinek feldolgozása során.) A kutatók azt is megmutatták, hogy az extra fedéseket, illetve a fedési minimumidőpontok változását ugyanaz a kísérő csillag okozza.

A harmadik csillagtól származó extra fedések a CoRoT 010479133 fénygörbéjén. Pirossal az eredeti CoRoT-fénygörbe látható, míg feketével a fedési kettőscsillag átlagolt fénygörbéjének levonása után kapott reziduál látható, így erről már hiányoznak a fedési kettőscsillag piros görbén megfigyelhető reguláris fedései, de a változatos alakú extra fedések továbbra is megfigyelhetők. A bal oldali ábrán a harmadik csillag a CoRoT-űrtávcsőről nézve elvonult előbb a fedési kettős főcsillaga, majd pedig a mellékkomponense előtt, míg a jobb oldali ábra három extra fedése során a fedési kettős komponensei fedték el a harmadik csillagot.

A vizsgálat melléktermékeként a kutatócsoport talált egy további triplán fedő hármascsillag-gyanús objektumot, ahol azonban az alig egy hónapos adatsor nem tett lehetővé érdemi analízist, valamint azonosított négy olyan CoRoT-fénygörbét is, amelyeken két-két fedési kettőscsillag egymásra rakódott fényváltozása figyelhető meg. Ezekben az esetekben a rövid észlelési időintervallum miatt egyelőre nem dönthető el, hogy az egyes fedési kettősök csupán egy irányban látszanak, vagy pedig gravitációsan kötött, tágabb négyes rendszereket alkotnak-e.

Az eredményeket részletező szakcikk https://arxiv.org/abs/1706.03926 a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society folyóirat októberi számában jelenik meg.  A kutatást a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH) K-113117, illetve K -115709 számú pályázatai támogatták.

Hozzászólás

hozzászólás