Pulzáló fehér törpék váratlan kifényesedései – újabb meglepetés a Keplerrel

241

A Kepler-űrtávcső rendkívül pontos és folyamatos fotometriai adatsorainak alapján a ZZ Ceti típusú fehér törpék esetében is új, eddig ismeretlen jelenségeket, kitörésekre utaló hirtelen felfényesedéseket sikerült észlelni.

A csillagok döntő többsége, mint majd Napunk is, fehér törpeként fejezi be életútját. Tipikus tömegük ekkor a Nap jelenlegi tömegének kb. 60-70 százaléka, ugyanakkor ez az anyag hatalmas sűrűségű, közelítőleg földméretű testbe van “préselve”. Egy részük kis amplitúdójú, néhány perctől kb. fél óráig terjedő periódusokkal jellemezhető fényességváltozásokat mutat, amelynek hátterében csillagpulzáció áll. Ezek az objektumok asztroszeizmológiai vizsgálatok kedvelt célpontjai, mivel kitartó észlelőmunkával időnként akár több tucat pulzációs frekvenciát is sikerül detektálni náluk, ezek segítségével pedig felderíthetőek a csillag különböző rétegeinek fizikai tulajdonságai.

A fehér törpe változócsillagoknak több csoportját is ismerjük, de a legnépesebb ezek közül az ún. ZZ Ceti típusú csillagoké, amelyek 10500-13000 fokos felszíni hőmérsékletű, a jellemzően szénből és oxigénből álló mag fölött vékony hélium és hidrogén burokkal rendelkező objektumok. Pulzációs tulajdonságaikat nézve egyik szembetűnő jellegzetességük, hogy minél hűvösebbeket vizsgálunk, annál hosszabb periódusú és nagyobb amplitúdójú fényességváltozásokkal találkozunk. Majd a legkisebb hőmérsékletű változóknál aztán ezek az amplitúdók ismét csökkennek, és lényegében a pulzáció megszűnését láthatjuk. Érdekesség még, hogy a hűvösebb ZZ Cetik gerjesztett pulzációs frekvenciái, illetve ezek amplitúdói viszonylag gyakran képesek rövid, akár napos, hetes időskálán kisebb-nagyobb mértékű változásokat mutatni. Előfordul, hogy egyik észlelési szezonról a másikra lépve azt látjuk, mintha egy másik fehér törpét észlelnénk!

Kíváncsiak vagyunk persze, hogy ezek a változások hogyan zajlanak egész pontosan, hogy felderíthessük, milyen fizikai folyamatok is játszódnak le ilyenkor a csillagokban. A földi adatsorok azonban ehhez nem elég hosszúak és folyamatosak, még a nemzetközi kampányok során kapottak sem. A Kepler-űrtávcső által nyújtott, hónapos-éves időskálájú mérések azonban már igen, és többek között olyan új jelenség felfedezéséhez is vezettek, amelyek létezéséről eddig nem tudtunk a ZZ Ceti csillagok esetében: ezek a hirtelen felfényesedések, vagy másképpen kitörések (“outburst”).

Az első ilyen kitörés felfedezését 2015-ben publikálták Keaton J. Bell (Texasi Egyetem) és munkatársai, jelenleg pedig már hat olyan ZZ Cetiről tudunk, amelyek ilyen jelenségeket mutatnak. Fontos közös jellemzőjük, hogy mind alacsony hőmérsékletűek, közel ahhoz a hőmérsékleti tartományhoz, amely alatt már nem jelentkezik pulzáció. De hogyan is néz ki egy ilyen esemény? A csillag átlagos fényessége viszonylag gyorsan, kb. 1 óra alatt legalább néhány, de akár 15 százalékkal is megnő. Egy ilyen kitörés aztán több óráig, vagy akár több mint egy napig is eltarthat, majd a csillag fényessége lecsökken a kiindulási állapotra. Jellemzően néhány nap vagy hét elteltével a jelenség újra megismétlődik. Pontos számokat nehéz az eseményekhez kötni, mivel még ugyanazon csillag esetében is különböző mértékben nő meg a fényesség kitörésről-kitörésre, ráadásul ezek időtartama és az egyes kitörések között eltelt idő sem állandó.

20161114_pulzalo_feher_torpek_varatlan_kifenyesedesei_1
A PG1149+057 katalógusjelű ZZ Ceti fénygörbéje normál pulzációs állapotában (piros vonal), illetve kitörések alatt (zöld vonal). Az eddig ismert hat objektum közül ez a csillag mutatja egyébként a leglátványosabb felfényesedéseket. (J.J. Hermes / Univ. of Warwick / NASA)

A jelenség mögött álló fizikai magyarázat keresésekor első körben persze ki kellett zárni, hogy valamilyen külső forrásból, pl. a látóirányba eső, flereket mutató csillagtól ered a jel, vagy hogy a csillagot esetleg körülvevő törmelékkorongból annak felszínére történő anyagáramlás eredményez ilyen nagy energiájú eseményeket. Ezeknek azonban nyomát sem találták, és minden arra mutat, hogy a kitörések valahogyan a csillag pulzációjával kapcsolatosak. A hosszú Kepler-adatsorokban szépen nyomon is követhető, ahogy a csillag pulzációja a kitörések alatt is tovább folytatódik, miközben egyes pulzációs módusok amplitúdója megnő, másoké pedig csökken, illetve új pulzációs frekvenciák tűnnek fel, majd aztán el. Mindez azt sugallja, hogy a kitörések alatt energia áramlik át egyik módusból más módusokba, amelyek azonban nem tudnak stabilan gerjesztve fennmaradni, és a csillag belsejében történő csillapítás során leadják ezt az újonnan szerzett energiamennyiséget.

Mivel pedig kitöréseket eddig csak hűvös ZZ Cetiknél láttak, elképzelhető, hogy ez a folyamat szerepet játszik abban, ahogy a csillagokban további hűlésük során végül leáll a pulzáció. Így segíthet annak a rejtélynek a megoldásában is, hogy miért nem látunk kb. 10500 K-nél hidegebb ZZ Cetiket, holott elméletileg ennél jóval alacsonyabb hőmérsékletű csillagokban is gerjesztődhetne még pulzáció.

20161114_pulzalo_feher_torpek_varatlan_kifenyesedesei_2
Variációk kitörésekre, avagy fényességváltozások a hat, felfényesedéseket mutató ZZ Ceti fénygörbéjében. Fekete és szürke pontok mutatják az 1 perces mintavételezéssel kapott adatokat a kitörések között, illetve alatt. A piros pontokat ezen fénygörbék simításával kapjuk, 30 perces mintavételezési időkre való átlagolással. (Bell és mtsai, 2016)

Felvetődik a kérdés, hogy ilyen eseményeket miért nem jelentettek eddig földi bázisú mérések alapján, hiszen van jó pár olyan, a kitöréseket mutató társaikhoz hasonló paraméterekkel rendelkező csillag, amelyekről akár több évtizedre visszamenőleg is vannak adatok. Ráadásul az eddigi Kepler-mérésekből úgy tűnik, hogy ez nem is ritka jelenség közöttük. A kulcs egyrészt az lehet, hogy nem kevés szerencse kell ahhoz, hogy ilyen, olykor akár hetekig nem jelentkező, szabálytalan időközönként ismétlődő eseményt órás-több éves megszakításokkal történő észlelésekkel megörökítsünk. Másrészt a változócsillagok földi méréseinél alkalmazott differenciális fotometriánál előfordulhat, hogy a fénygörbék feldolgozásakor ezeket a pulzációs periódusidőkhöz képest sokkal hosszabb időskálájú fényességbeli változásokat egyszerűen “kisimítjuk” a fénygörbékből. Mindettől függetlenül mind magyar, mind külföldi kutatócsoportok jelenleg is keresik a lehetséges kitörési jelenségeket földi bázisú mérésekben is. Bizakodásra adhat okot, hogy a GD 358 jelű, a ZZ Cetiknél forróbb, hélium-dominált légkörű pulzáló fehér törpe típusba tartozó csillagnál már láttak hasonlóan furcsa viselkedést. Itt egy nemzetközi kampány során egyik napról a másikra hirtelen megnőtt a pulzáció amplitúdója, és az addig multiperiodikusként viselkedő csillag lényegében szép szinuszos jellegű, monoperiodikus fénygörbére váltott, majd néhány nap alatt a csillag pulzációs amplitúdója visszatért a korábbi értékekre. Akkor még ezt a jelenséget nem nevezték kitörésnek, de ez lehetett az első ilyen viszonylag jól dokumentált esemény a pulzáló fehér törpék észlelésének történetében.

20161114_pulzalo_feher_torpek_varatlan_kifenyesedesei_3
Kitörésgyanús esemény a GD 358 jelű pulzáló fehér törpénél: valami megváltozott a csillag viselkedésében 1996. augusztus 12-ére. (Provencal és mtsai, 2009)

Forrás:

 

Hozzászólás

hozzászólás