A gigászi fiatal óriáscsillagok megakadályozhatják szomszédaik bolygókeletkezését

3147

A Westerlund 2 jelű csillaghalmaz nagyjából 20 ezer fényévre van tőlünk. Fiatal – csupán egy- vagy kétmillió éves –, centrumában pedig az általunk ismert legfényesebb és legforróbb csillagokat rejti. Ahogy néhány igazán hatalmasat is.

A Westerlund 2 szívében valami furcsa dolog történik a nagy tömegű, forró csillagokkal. A nagy csillagok és szomszédaik körül hatalmas, kavargó gáz- és porfelhőket, cirkumsztelláris korongokat kellene találnunk. Azonban a Westerlund 2 esetében egyes csillagok körül egyáltalán nincs korong.

Amikor óriási molekulafelhőkben csillagok születnek, valamennyi anyag hátramarad. Ebből az anyagból alakul ki a csillag körül az úgynevezett cirkumsztelláris korong. A fiatal csillag körül forgó korongból lassanként bolygók jönnek létre. Távoli csillagrendszerekben láthatunk hasonló módon kialakuló exobolygókat – a kutatók szerint ez történt a mi Naprendszerünkben is.

Művészi illusztráció bolygók kialakulásáról egy fiatal csillag korongjában. A két bolygó, miközben létrejön, megtisztít maga körül egy sávot a cirkumsztelláris korongban. (Forrás: W. M. Keck Observatory/Adam Makarenko)

Egy kutatócsoport három éven át vizsgálta a Westerlund 2 központjában lévő hatalmas, fiatal csillagokat a Hubble Űrtávcsővel. Azt találták, hogy míg a halmaz perifériáján lévő csillagoknak van korongjuk, a legfényesebb, legnagyobb tömegű csillagok, amelyek a halmaz magjában többségben vannak, egyáltalán nem rendelkeznek koronggal. Ebből következőleg valószínűleg bolygóik sem lesznek soha.

A Westerlund 2-höz hasonló halmazokban a legnagyobb és legforróbb csillagok a magban helyezkednek el. Úgy tűnik, hogy ezek a csillagok akkora energiával bírnak, hogy képesek elpusztítani a korongjukat, és így megakadályozni, hogy a szokásos módon bolygók alakuljanak ki körülöttük. Ráadásul a központban lévő 30 legfényesebb csillag olyan erős ultraibolya sugárzást bocsát ki, hogy még a közeli, kisebb tömegű csillagok korongját is szétszaggatja vele.

A Space Telescope Science Institute munkatársa, Elena Sabbi vezetésével végzett kutatás eredményeit közlő szakcikk a The Astrophysical Journal című szaklapban jelent meg.

A Westerlund 2 jelű csillaghalmaz fényes csillagai a kép közepén láthatók. A halmazt körülvevő ködösség az RCW 49 jelzésű csillagköd, amelyben csillagok születnek. A Spitzer-űrtávcső infravörös adatai fekete és fehér színnel, a Chandra röntgenadatai pedig színesben láthatóak, jól kiemelve a Westerlund 2 magjának csillagait. (Forrás: röntgen: Y.Nazé, G.Rauw, J.Manfroid (Université de Liège), CXC, NASA; infravörös: E.Churchwell (University of Wisconsin), JPL, Caltech, NASA))

„Alapvetően az óriáscsillagok energiája megváltoztatja a közeli, kisebb csillagok körüli korongok tulajdonságait.” – magyarázza Sabbi. „Lehet, hogy a korong maga megmarad, de a csillagok megváltoztatják a korongokban a por összetételét, így nehezebben alakulnak ki benne stabil szerkezetek, amelyekből végül bolygók keletkezhetnek. Úgy gondoljuk, hogy a por vagy elpárolog egymillió év alatt, vagy olyannyira megváltozik az összetétele és a mennyisége, hogy nem maradnak építőkövek a bolygók születéséhez.”

A Westerlund 2 egy rendkívül sűrű csillaghalmaz. A most megjelent tanulmányban a kutatók első alkalommal vizsgáltak meg ilyen részletességgel, ilyen hosszú időn át egy ehhez hasonló halmazt. A kutatás eredményei hozzájárulhatnak annak megértéséhez, hogy milyen feltételek tehetik lehetővé vagy akadályozhatják meg a bolygók kialakulását.

A Westerlund 2 magja egy másik csillagászati problémát is felvet. A halmaz fiatal, csupán egy- vagy kétmillió éves. Mégis vannak a magjában nagy tömegű csillagok. Érdekes lenne megtudni, hogy ezek helyben keletkeztek, vagy máshonnan vándoroltak oda.

A csillagok típusából megbizonyosodhatunk a halmaz koráról. A Westerlund 2 jelű halmazban sok fősorozat előtti (PMS, pre-main sequence) csillag található. Ez azt jelenti, hogy a halmaz nem lehet 2 millió évnél idősebb. Megtalálható benne a Wolf–Rayet csillagok (röviden WR-csillagok) több altípusa is, amelyek a halmaz részét képezik, bár úgy tűnik, hogy közülük néhány kidobódott. Ezeknek a fiatal, forró csillagoknak a jelenléte szintén behatárolja a halmaz korát.

A hároméves kutatást a Hubble-űrteleszkóp Wide Field Camera 3 (WFC3) kamerájának segítségével végezték. A kutatók majdnem ötezer olyan csillagot azonosítottak, amelyek tömege 0,1 és 5 naptömeg közé esik. Ezek közül 1500 égitest fényességváltozást mutat, mivel a forgó cirkumsztelláris korongjuk anyaga időről-időre kitakarja a csillag fényét. A kutatók szerint a halványodásokért felelős anyagcsomók születőben lévő bolygók, amelyek a cirkumsztelláris korongban alakulnak éppen ki.

A Hubble a fényességváltozások többségét olyan csillagoknál érzékelte, amelyek nem a magban vannak. A halmaz magjában, ahol a legnagyobb tömegű és legforróbb csillagok vannak, nem találtak ilyen fényességcsökkenéseket. Valójában a központtól számított négy fényéven belül egyáltalán nem detektáltak bolygóképző csomók jelenlétére utaló halványodásokat.

A csillagok körüli korongokban a törmelék nagyobb csomókba, úgynevezett planetezimálokba áll össze. Ahogy a folyamat előrehalad, a planetezimálok végül bolygókká válnak. A közeli nagy tömegű, forró csillagok azonban megakadályozhatják ezt a folyamatot még a környező csillagokban is. (Forrás NASA/JPL)

„Úgy gondoljuk, hogy vannak ott kialakulóban lévő planetezimálok vagy hasonló struktúrák.” – magyarázza Sabbi. „Ezek lehetnek olyan magok is, amelyek végül a fejlettebb rendszerekben bolygókhoz vezetnek, de ilyesmit nem látunk a nagyon nagy tömegű csillagok közelében. Csak olyan rendszerekben, amelyek a központon kívül vannak.”

A Westerlund 2 tulajdonképpen egy csillagképződési laboratórium a csillagászok számára. Nem csak azt figyelhetik meg, hogyan fejlődnek a csillagok, de azt is, hogy miként hatnak egymásra a különböző tömegű égitestek.

„A Hubble megfigyelései a Westerlund 2 halmazról segítenek megértenünk, hogyan változnak az idő múlásával a különböző tömegű csillagok, és hogyan hatnak a nagyon nagy tömegű csillagok szelei és sugárzása a közeli, kisebb tömegű csillagokra és korongjukra.” – mondja Sabbi. „Látjuk például, hogy a kisebb, nagyjából a Napéval megegyező tömegű, hatalmas társaik közelében lévő csillagok is rendelkezhetnek koronggal, és az még növekedhet is. A korongjuk szerkezete, és ezáltal annak bolygóformáló képessége viszont nagyban eltér azoktól a korongokétól, amelyek a halmaz magjától sokkal távolabb, egy nyugodtabb környezetben fejlődő csillagok körül találhatók. Ez az információ a bolygókeletkezési és csillagfejlődési modellek fejlesztéséhez szükséges.”

A Digitális Égboltfelmérés képe a Westerlund 2 jelzésű csillaghalmazról és környezetéről. (Forrás: NASA/ESA/Hubble)

A kutatók tanulmányukban a Westerlund 2 halmazt „aranybányának” nevezik a fősorozat előtti csillagok és korongjuk vizsgálatának szempontjából. Arra is rámutatnak, hogy a halmaz csillagainak nagyjából egyharmada változócsillag, és ezeknek a csillagoknak a vizsgálata fontos részét képezi a tanulmánynak, mivel nagy távolságból megfigyelhetőek.

Mint írják: „Öt változócsillag-típus térbeli eloszlásának összehasonlítása rávilágít arra, hogy miként hatnak a helyi feltételek a cirkumsztelláris korongok fejlődésére.”

A változócsillagoknak számos különböző típusát ismerjük. A kutatók munkájukban a Westerlund 2 fősorozat előtti változócsillagjait öt fajtába sorolták:

  • Gyengevonalú T Tauri változók (WTTS): ezek fényessége a felszínükön lévő mágneses foltok következtében változik, amelyek a csillag forgása miatt rendszeresen látóirányunkba kerülnek.
  • Klasszikus T Tauri változók (CTTS): ezek azért változnak, mert anyagot húznak be a cirkumsztelláris korongból.
  • „Dipperek”: olyan változócsillagok, amelyek fényessége cirkumsztelláris korongjuk jellemzői miatt változik.
  • Bursterek: hirtelen felvillanásokat produkálnak, melyek a röntgentartományban a legerősebbek.
  • Fedési kettősök: a fényességváltozást a két csillag egymás körüli keringése idézi elő.

„A fősorozat előtti változócsillagok különböző populációinak térbeli eloszlása arra utal, hogy a nagy tömegű csillagok visszacsatolása és UV-sugárzása fontos szerepet játszik a cirkumsztelláris és a planetáris korongok fejlődésében.” – írja a tanulmány.

Az ábrán az öt változócsillag-típus térbeli eloszlása látható. A vonalak a csillagsűrűség kontúrjai. A B-részben jól megfigyelhető, hogy két sűrűbb terület, „csomó” is van. (Forrás: Sabbi és mtsai., 2020)

Mint a fenti ábrán látható, a gyengevonalú T Tauri változócsillagok inkább a halmaz két sűrű csillagcsomója köré koncentrálódnak, míg a klasszikus T Tauri változók és a bursterek nagyobb területen oszlanak el. Fedési kettősöket sem találunk a két csillagcsomó központjában, ahol a legnagyobb tömegű csillagok vannak.

Mivel a dipperek fényességcsökkenésében a cirkumsztelláris korongjaik egyes sajátosságai játszanak szerepet, úgy tűnik, hogy a központban lévő hatalmas csillagok megbolygatják a dipperek korongjait.

„A kutatás legfontosabb eredménye, hogy a nagy tömegű csillagok erős ultraibolya sugárzása a szomszédos csillagok korongjaira is hatással van.” – mondja a kutatócsoport tagja, Danny Lennon (Instituto de Astrofísica de Canarias).

„Ha a dipperek fényességében tapasztalt drámai esést, ahogy általánosan elfogadott, a nagy porstruktúrák és planetezimálok jelenléte okozza, akkor az, hogy a Westerlund 2 két legsűrűbb csomójában nem találunk dippert, megmagyarázhatja, miért ritkák a bolygórendszerek a fiatal, sűrű halmazokban.” – írják a kutatók.

Jobb műszerekkel végzett további vizsgálatok szükségesek, hogy még többet megtudjunk a rendkívüli energiájú, fiatal csillagokról, és a szomszédos csillagok korongjára gyakorolt hatásukról. A kutatók szerint a James Webb-űrtávcső nyújthat ebben segítséget.

A NASA James Webb-űrtávcsövének illusztrációja. A fellövése után biztosan nagyon elfoglalt lesz. (Forrás: NASA)

Forrás: Universe Today

Hozzászólás

hozzászólás