2011.04.05. - Vörös óriások legbelsőbb titkait fedte fel a Kepler űrtávcső

A Kepler űrteleszkóp egyedülálló fotometriai pontosságának köszönhetően több száz vörös óriás egy éven át tartó monitorozásának eredményeként egyértelműen elkülöníthetők a fejlődés különböző fázisaiban lévő csillagok.

Tim Bedding (University of Sydney) és munkatársai közel egy éven át monitoroztak folyamatosan több száz vörös óriáscsillagot a Kepler űrtávcsővel. A munka eredményeként - köszönhetően az egyedülálló fotometriai pontosságnak - izgalmas bepillantást nyerhetünk a vörös óriások belsejébe: az adatok alapján egyértelműen megkülönböztethetők egymástól a csillagfejlődés különböző fázisaiban lévő objektumok, melyek a felszíni tulajdonságaikat tekintve egyébként nem térnek el egymástól. A kutatócsoport egyik tagja, Travis Metcalfe (US National Center for Atmospheric Research) az eredmény jelentőségét - talán kissé szarkasztikusan - úgy érzékelteti, hogy a vörös óriásokat hollywoodi filmcsillagokhoz hasonlítja. A külső megjelenésből ugyanis általában az ő esetükben sem lehet egyértelműen a korukra következtetni. Metcalfe szavaival karrierjük bizonyos szakaszaiban nagyságuk és csillogásuk figyelemre méltó módon állandó, holott "belül" valószínűleg már jelentős változások zajlanak.

A vörös óriások elfejlődött csillagok, melyek magjában már elfogyott a termonukleáris fúzió alapanyagának, a hidrogénnek jelentős része, ezért annak égése áttevődött egy mag körüli héjba. Eközben légkörük kitágul, vörös óriássá fúvódnak. Életük vége felé aztán a magban úgy alakulnak a viszonyok, hogy ott a korábbi hidrogénfúzió "hamuja", a hélium is be tud gyulladni, s ezáltal a mag újra energiát tud termelni.

Nagypontosságú fotometriai adatok alapján a csillagok rezgési módusai vizsgálhatók, ezáltal pedig bepillantást nyerhetünk a csillagfejlődés különböző fázisaiban lévő vörös óriások belsejébe. Csak a felszíni paramétereik alapján a mag küröli héjban hidrogént, illetve a magban héliumot égető vörös óriások nem különböztethetők meg egymástól.
[Thomas Kallinger (University of British Columbia, University of Vienna)]

A tanulmányozott vörös óriások fényességében a Keplerrel nagyon pontosan kimérhető változások a mélyebb rétegekben végbemenő folyamatokról árulkodnak. A csillag belsejében zajló turbulens anyagmozgások állandóan "csillagrengéseket" keltenek, az ezek által generált mechanikai hullámok (hanghullámok) pedig lejutnak egészen a magig, egy részük azon áthaladva éri el újra a felszínt, más hullámok pedig visszaverődve jutnak el oda. Megfelelő körülmények között ezek a hullámok kölcsönhatnak a héliummagban csapdába esett hasonló hullámokkal, az egész csillag ún. kevert módusú oszcillációit okozva, melyek végül is megfigyelhető, mérhető módon a csillag fényességének kicsiny változásaiban nyilvánulnak meg. A geofizikusok a földrengések által keltett hullámokat használják bolygónk belsejének feltérképezésére. Ahogyan erre sincsen más használható eljárásunk, az analógia miatt asztroszeizmológiának elnevezett kutatási terület módszerei nyújtják az egyetlen lehetőséget, hogy információt szerezzünk a csillagok - köztük a Nap - belső szerkezetéről, felépítéséről.

A csillagok globális oszcillációinak paraméterei alapján meghatározható a méretük és koruk. A vörös óriások magjában a korábban ott zajlott hidrogénfúzió eredményeként sok a hélium, így nagyobb az átlagsűrűség, ezért a csillagrezgések mechanikai hullámai gyorsabban átjutnak rajta. A fehér színnel jelölt magon áthaladó és a magba be nem hatoló hullámok a csillag felszíni fényességének oszcillációit okozzák, így tulajdonságaik, ezen keresztül pedig a csillag belső szerkezete nagypontosságú fénygörbék alapján feltérképezhető.
[Travis Metcalfe (US National Center for Atmospheric Research)]

A Kepler-fénygörbék alapos elemzésével, a belőlük származtatható, a belső tulajdonságokra utaló rezgési módusok feltárásával Bedding és kollégái arra a következtetésre jutottak, hogy a vizsgált vörös óriások közül némelyiknek már elfogyott a hidrogén a magjában, sőt, ott már héliumot éget, azaz fejlődésének már egy későbbi szakaszában jár, mint a minta többi tagja. Bedding szerint az elméleti modellek már utaltak arra, hogy a héliumégető magot jelző apró oszcillációknak meg kell jelenniük a fénygörbékben, de a Kepler-adatok meg is erősítik ezt, lehetővé téve a vörös óriások közti különbségtételt, illetve a különböző fejlődési fázisokban lévő csillagok arányának korábban nem lehetséges meghatározását.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazin 2011. március 31-i számában jelent meg.

Forrás:

• NASA Kepler News 2011.03.31.