2009.05.14. - Kitörések tüzében keletkeztek az üstökösök kristályai

A bolygókeletkezés korai fázisait is új megvilágításba helyező vizsgálatok során egy magyar kutatók által vezetett csoport új magyarázatot adott az üstökösökben található szilikátkristályok keletkezésére.

A magyar, német és holland kutatóintézetek munkatársaiból szerveződött kutatócsoport tagjai megfigyelték, amint egy fiatal csillag kitörésének következtében a szilikátszemcsék kristályokká alakulnak át. A gyakran kifényesedő EX Lupi csillag 2008-as kitörése során a Spitzer űrteleszkóppal olyan színképi jellegzetességeket fedeztek fel a csillag infravörös sugárzásában, amelyek az égitestet körülvevő por- és gázkorong felszínén szilikátkristályok jelenlétére utaltak. Ez azért meglepő, mert a csillag környezetéről nyugalmi állapotban készült korábbi mérési adatok nem jelezték kristályos anyag létezését. A kutatócsoport egyik tagja, Juhász Attila (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg) szerint ez az első eset, hogy közvetlenül megfigyelhettük a kristályképződés folyamatát. A kristályok apró amorf porszemcsék felhevítésével jöhettek létre a csillagkörüli korong belső részének felszínén a kitörésből származó hő hatására. Ez az elgondolás egy teljesen új forgatókönyv arra, hogyan keletkezhetnek ezek az anyagok. A hevítés során egy bizonyos hőmérséklet felett az amorf anyagban felbomlanak a kötések, helyettük újak alakulnak ki, és a folyamat során megváltoznak az anyag fizikai tulajdonságai. Ez az egyik módja annak, hogy a szilikátpor átkristályosodjon.

Fantáziarajz az EX Lupi körüli por- és gázkorongról. A központi fiatal csillagra anyag hullik be a korongból, a felszabaduló energia pedig felfűti a csillagot, illetve annak közvetlen környezetetét. Ahol a korongban a hőmérséklet 900 °C fölé emelkedik, a korong felszínén található amorf szerkezetű porszemcsék átkristályosodnak.
[NASA/JPL-Caltech]

A kutatóknak korábban kétféle elképzelésük volt arról, hogy hő hatására hogyan jöhetnek létre az üstökösökben és a fiatal csillagok korongjában megfigyelhető kristályok. Egyrészt ha sokáig vannak hőhatásnak kitéve egy újszülött csillag forró környezetében, akkor a por egy része a korong belső részén átkristályosodhat. Másrészt a korongban mozgó nagyobb égitestek lökéshullámokat kelthetnek, amelyek képesek az útjukba kerülő porszemcséket rövid időre a kristályosodáshoz szükséges magas hőmérsékletre fűteni, utána viszont a szemcsék gyorsan visszahűlnek korábbi hőmérsékletükre. Amit azonban Juhász és munkatársai megfigyeltek az EX Lupi környezetében, nem illeszkedik egyik forgatókönyvbe sem. A csoport másik tagja, Ábrahám Péter (MTA KTM Csillagászati Kutatóintézet) szerint arra a következtetésre jutottak, hogy ez egy harmadik, eddig ismeretlen lehetőség arra, hogy hevítés hatására szilikátkristályok jöjjenek létre egy csillagkörüli korongban.

Az EX Lupi sok szempontból hasonlít arra, amilyen a Nap lehetett 4-5 milliárd évvel ezelőtt. A csillag néhány évente rendszeresen kifényesedik, ami azzal magyarázható, hogy a csillagkörüli korong belső peremén fokozatosan felhalmozódó anyag rövid idő alatt rázúdul a csillagra. A kifényesedések mértéke változhat, az egészen nagy kitörések azonban, mint a 2008-as, csak körülbelül 50 évenként követik egymást. A kutatócsoport kezdeményezésére 2008. áprilisában felvétel készült az EX Lupi-ról a Spitzer űrtávcső infravörös színképelemző berendezésével. Bár a csillag már halványodott januári, a kitörés csúcsán mért fényességéhez képest, még mindig harmincszor fényesebb volt, mint nyugalomban. Amikor az új színképet összehasonlították a csillagról 2005-ben készített nyugalmi Spitzer méréssel, a változások szembeötlőek voltak.

Az EX Lupi eruptív változócsillag infravörös spektrumának megváltozása 2005 és 2008 között. A két lefutás közötti, zöldes árnyalattal színezett intenzitásváltozást a szilikátkristályok okozták.
[NASA/JPL-Caltech, Ábrahám Péter (MTA KTM CSKI)]

2005-ben a csillag korongjának felszínét amorf szerkezetű szilikátpor alkotta. 2008-ban azonban a színkép az amorf porszemcséken kívül szilikátkristályok jelenlétét is kimutatta. A kristály valószínűleg forszterit, amely gyakran megtalálható üstökösökben és fiatal csillagok körüli korongokban is. A színkép alapján a kristályok forróak, ez pedig azt bizonyítja, hogy magas hőmérsékleten alakultak ki. Biztosra vehető azonban, hogy nem lökéshullám hatására keletkeztek, ebben az esetben ugyanis már sokkal hidegebbek lennének, mint azt a 2008-ban megfigyelt színképük sugallja.

A kitörés során az EX Lupi körülbelül százszor lett fényesebb. Juhász szerint a kristályok a korong felső rétegében jöttek létre, de a csillagtól olyan távolságra, ahol a hőmérséklet 700 és 1200 °C közé esik. Ebben a tartományban a hőmérséklet elég magas volt ahhoz, hogy a szilikátszemcsék átkristályosodjanak, de még nem párologtak el. Az a tartomány, ahol a kristályok keletkeztek, megfeleltethető annak, ahol a Föld típusú bolygók elhelyezkednek Naprendszerünkben.

A szerzők egy újabb rejtélyre is felhívják a figyelmet. Az EX Lupi-nak 1955-56-ban volt egy, a 2008-ashoz hasonló hatalmas kitörése. Valószínű, hogy akkor is keletkezhettek kristályok a korong felszínén, de vajon mi történhetett velük? 2005-re, vagyis keletkezésük után csupán ötven évvel vagy megsemmisültek vagy lekeveredtek a korong mélyebb rétegeibe.

Michael Werner (NASA JPL, Pasadena, California), a Spitzer projektvezető kutatója szerint is ez az első alkalom, hogy közvetlenül megfigyelhettük az üstökösökben és meteoritokban található kristályos szilikátok keletkezését. Amit ma látunk az üstökösökben, az a fiatal Nap ismétlődő kitöréseinek tüzében keletkezhetett.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazin 2009. május 14-i számában jelent meg.

Forrás:

• Spitzer NR 2009.05.13.
• Nature 459, 224-226 (14 May 2009)