Magyar kutatók friss eredményei: fiatal csillagok kitöréseit észlelték a Gaia űrobszervatóriummal

2784

A Naphoz hasonló csillagok keletkezésével kapcsolatban még mindig sok a megválaszolatlan kérdés. Ezek közül az egyik az, hogy hogyan érik el a végső tömegüket.

A csillagok a csillagközi térben levő molekulafelhőkben születnek gravitációs összeomlás során. A kialakult csillagkezdeményekre a felhőből további anyag hullik be, növelve a protocsillag tömegét és perdületét, így a kezdetben lassú forgás felgyorsul, a csillagkezdemény körül kialakul egy lapos, forgó korong. Erről a tömegbefogási (akkréciós) korongról jut a fiatal csillag felszínére a behulló anyag. A felszabaduló gravitációs energia fűti a születő csillagot, majd beindul a deutérium fúziója, és kialakul a csillagkezdemény mágneses tere. A behulló anyag nagy részét a mágneses tér a korongról a csillagra vezeti, a legnagyobb sebességű részecskék viszont nagyjából a korong síkjára merőlegesen kirepülnek. Ez a nagy sebességű szél néhány százezer év alatt szétfújja a felhőt a kialakuló csillag környezetéből. Ezáltal megszűnik a korong tömegének további növekedése, és ekkor a porból és gázból álló koronggal körülvett újszülött csillag láthatóvá válik a látható fény színképtartományában.

A fiatal csillagok nagy része fényességváltozásokat produkál napos, hetes vagy hónapos időskálán. A fényességváltozások többféle fizikai okra vezethetők vissza. A kisebb, néhány tized magnitúdó amplitúdójú, napos-hetes időskálájú fényességváltozások egy része abból ered, hogy a korongból az anyag nem egyenletesen áramlik a csillagra. A fiatal csillagok egy része hosszabb távú fényességváltozást is mutat, éves-évtizedes időskálán, 2–5 magnitúdós amplitúdóval. Ezek az eruptív fiatal csillagok, ahol a kifényesedést az okozza, hogy egy instabilitás hatására az akkréciós korongból a csillagra hulló anyag mennyisége ideiglenesen megnő, amint az az alábbi ábrán látszik.

Fantáziakép az eruptív fiatal csillagok kitörésének folyamatáról. Forrás: T. Pyle (Caltech/IPAC)

Az eruptív fiatal csillagoknak két főbb típusát ismerjük. Az EXor típusba tartozók több hónapos-éves időskálájú, 2–4 magnitúdó amplitúdójú kifényesedést produkálnak, amelyek néhány évenként megismétlődnek. A FUor típusba tartozók akár 5 magnitúdót is fényesednek, és évtizedekig a kitörés állapotában maradnak. Az eddig ismert FUor-ok közül egyet se ismerünk, amelyik befejezte a kitörését, csak ideiglenes halványodások esetei ismertek. A FUor és EXor típusokon kívül más, köztes állapotú eruptív fiatal csillagok is léteznek. A fénygörbe azonban önmagában még nem elegendő a fiatal csillagok klasszifikálására. Különösen a kifényesedés kezdeti fázisában optikai és közeli infravörös spektroszkópia szükséges. Az egyik alapvető különbség a FUor és EXor típusú csillagok között, hogy míg az előbbiek spektrumában jellemzően abszorpciós vonalak vannak, az utóbbiakéban emissziós vonalak. Mindkét típus az epizodikus akkréció (tömegbefogás) példája, ezen a fázison valószínűleg minden csillag keresztülmegy, mire eléri végső tömegét.

Mostanáig körülbelül 50 eruptív fiatal csillagot ismerünk. Az epizodikus akkréciónak, illetve annak megértéséhez, hogy a csillagok hogyan érik el a végső tömegüket, minél több eruptív fiatal csillag felfedezése szükséges. Ehhez segítséget nyújtanak az égboltfelmérő programok, amelyekből jelenleg több is működik. Az egyik legfontosabb az összes közül is a Gaia űrtávcső égboltfelmérése, amely az egész égboltot lefedi, és halvány objektumok detektálására is alkalmas.

Az Európai Űrügynökség (ESA) által üzemeltetett Gaia asztrometriai űrszonda 2014 óta szolgáltatja több mint egymilliárd csillag pontos pozíció- és fényességadatait. A Gaia adatait nagyjából kétévenként teszik közzé, kivéve azokról a forrásokról, amelyek váratlan fényességváltozáson mennek keresztül. A rövid idő alatt kifényesedő vagy elhalványodó csillagok fénygörbéjét a Gaia Science Alerts (tudományos riasztás) rendszerben publikálják. A Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (CSFK) Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet Űrcsillagászat, Bolygó- és Csillagkeletkezés csoportjának munkatársai a Gaia Science Alerts rendszert használják, hogy új eruptív fiatal csillagokat fedezzenek fel. Ha a Gaia Science Alerts rendszer egy potenciális fiatal csillagra riasztást ad, a meglévő, nyilvános archívumokban található adatok adnak arra vonatkozó információt, hogy a riasztásban szereplő objektum valóban fiatal csillag-e. Amennyiben igen, további optikai és közeli infravörös fotometriai és spektroszkópiai mérések szükségesek a fényességváltozások fizikai okának felderítésére.

Az utóbbi hetekben a csoportnak két tanulmánya is megjelent, amelyek a Gaia-riasztások alapján talált eruptív fiatal csillagokat elemeznek.

Az egyik ezek közül, Michał Siwak vezetésével, a Gaia21bty fiatal csillagot vizsgálja, amely 3 magnitúdót fényesedett 2020. október és 2021. február között. Érdekességként, a forrás neve a Gaia általi felfedezésre utal, mutatja a riasztás évét, majd azon belül az abc betűivel (aaa…zzz) az esemény sorszámát. A spektrumát lemérve és elemezve hamar levonható volt a következtetés, hogy valószínűleg egy FUor típusú eruptív fiatal csillagról van szó. Az adatok alapján azt is meg lehetett határozni, hogy egységnyi idő alatt mennyi anyag hullik a csillagra a korongból, és a meghatározott érték hasonló volt azokhoz, amiket a már ismert FUor-ok esetén mértek.

A Gaia21bty eruptív fiatal csillag Gaia űrtávcsővel mért fénygörbéje. Forrás: Siwak et al. 2023

Ám fél évvel később a csillag fényessége jelentősen lecsökkent az optikai tartományban, és majdnem megközelítette a kitörés előtti állapotot, így a kitörés időskálája alapján inkább az EXor-okhoz, mint a FUor-okhoz hasonlított. További érdekesség, hogy a fényesség csökkenése infravörös tartományban, a Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) űrtávcső adataiban egyelőre nem látszik. Az eddigi adatok egyelőre arra a következtetésre vezettek, hogy a fiatal csillag körüli korongban a kitörés eredményeképp kialakult kondenzációk hatására csökkent le a csillag fénye a látható tartományban, de a megnövekedett tömegbehullás okozta kitörésnek még nincs vége. A csillag további tanulmányozása szükséges e következtetés megerősítésére.

A másik, Nagy Zsófia és munkatársai által jegyzett, nemrég elfogadott cikk a Gaia21elv esetét elemzi, ami teljesen más, mint a Gaia21bty. A Gaia21elv esetén a Gaia Alerts rendszer egy ismert fiatal csillag halványodását jelezte. A csillag korábbi fotometriai adatai alapján kiderült, hogy amellett, hogy fiatal csillag, egy 1990 és 1995 közötti kifényesedést követően még mindig a fényes állapothoz közeli a fényessége, tehát a fénygörbéje alapján valószínűleg egy FUor típusú eruptív fiatal csillag.

A Gaia21elv hosszú távú fénygörbéje, többek között a Gaia űrtávcső adatai alapján (fekete szimbólumok; a piros szimbólumok korábbi földi mérések). Forrás: Nagy et al. 2023

A FUor eredet bizonyítására, illetve annak megértésére, hogy mi okozta a csillag halványodását, optikai és közeli infravörös spektrumokat mértünk. A spektrumokból nyert információ (pl. abszorpciós vonalak jelenléte, illetve az anyag mennyisége, ami egységnyi idő alatt a korongból a csillagra hullik) megerősítette a csillag FUor eredetét. Ez mindössze a harmadik FUor típusú eruptív fiatal csillag, amit a Gaia alertek alapján azonosítottak. Az is kiderült, hogy a csillag kitörése még nem közelít a végéhez. A fényesség hirtelen csökkenéséhez hasonló jelenség vezethetett, mint a Gaia21bty esetén: a csillag körüli korongban található kondenzációk okozta fedés.

A Gaia Science Alerts rendszer már az eddigi eredmények alapján is sikeresnek bizonyult újabb eruptív fiatal csillagok azonosításában. A Gaia űrtávcső még évekig szolgáltatja majd az adatokat Tejútrendszerünk csillagainak fényességéről és távolságáról, azok alapján pedig sok érdekes eredmény várható még, többek között fiatal csillagokról is.

Siwak et al.: „Gaia21bty: An EXor lightcurve exhibiting an FUor spectrum„, MNRAS, közlésre elfogadva
Nagy et al.: „The Gaia alerted fading of the FUor-type star Gaia21elv„, MNRAS, közlésre elfogadva

Hozzászólás

hozzászólás