2011.07.01. - KOI-13, egy gyorsan forgó csillag különös kísérővel

A gyorsan forgó kék szubóriás csillag felszíni hőmérsékleti viszonyai tükröződnek a KOI-13 rendszer torz tranzit fénygörbéjében. A maga nemében egyedülálló forró barna törpe kísérő jelentőségét magyar csillagászok ismerték fel.

A gyorsan forgó csillagok alakja a centrifugális erők miatt ellapul, az egyenlítő távolabb, a pólusok közelebb kerülnek a csillag magjához. Így a csillag pólusvidékei nagyobb hőmérsékletűek lesznek, mint az egyenlítő. Az ilyen csillag előtt ferde pályán elhaladó bolygók és kis méretű kísérők fényváltozása jellegzetes torzulást mutat, hiszen az átvonulás megfelelő részén, ahol a forróbb terület előtt tartózkodik a bolygó, a kitakart fény több, és az átvonulás fénygörbéjében egy lokális gödör keletkezik. Ha ilyen fénygörbe-torzulást látunk, abból egyszerre következtethetünk a csillag gyors forgására és a bolygó ferde pályájára - az utóbbi konklúzió a bolygókeletkezési és vándorlási folyamatok nagyon fontos, ám eddig még nem pontosan tisztázott szerepű nyomjelzője.

Torzulások egy gyorsan forgó csillag előtt áthaladó bolygó fénygörbéjében.
[Szabó és mtsai]

Ezt a jelenséget elméleti megfontolások alapján 2009-ben jósolta meg J. W. Barnes, ám mostanáig nem sikerült megfigyelni. Az első ilyen típusú rendszer azonosítása a Szabó M. Gyula (MTA KTM CSKI) által vezetett, magyar csillagászokból álló csoport eredménye. A detektálás a Kepler-űrtávcső nyilvános anyagainak átnézésén alapul, amelyet kiegészítettek egy németországi távcsővel készített nagy felbontású színképpel (Holger Lehmann, Thüringiai Csillagvizsgáló, Németország) és a legnagyobb magyar távcső, a piszkés-tetői 1 méteres RCC nagy szögfelbontású megfigyeléseivel. Külön kiemelendő, hogy a Kepler-űrtávcsővel végzett felfedezésekben az 1 méteres távcső nagy szögfelbontású üzemmódja egy év alatt már másodszor játszott kulcsfontosságú szerepet: az áprilisban a Science folyóiratban bejelentett triplán fedő Trinity rendszer természetének tisztázása is részben e távcső feladata volt.

A rendkívül költői, KOI-13.01 jelű égitestet a Kepler által talált bolygójelöltek között jelentették be 2011 februárjában (KOI: Kepler Object of Interest, azaz kb. "érdekes Kepler-objektum"). A felfedező cikkben megjelent egy lábjegyzet, miszerint a Kepler kamerájának egyetlen pixelére két csillag fénye esik, de az nem derült ki, hogy a rendszer hogyan néz ki pontosan, és hogy a Kepler adatait korrigálták-e a zavaró fényre. A magyar kutatócsoport először a fénygörbe aszimmetriájára lett figyelmes, majd később kiderítette, hogy egy száz éve ismert, szoros, kissé eltérő fényességű kettőscsillag egyik tagja körül kering a kísérő. Egy tranzit nagy szögfelbontású megfigyelésével, valamint a Kepler-adatok "trükkös" újraredukálásával (Szabó Róbert) kiderült, hogy a kísérő a kettős fényesebb csillaga körül kering. A kutatók azt is kimutatták, hogy a két csillag fizikai kettőst alkot, mert a tagok helyzete 100 év alatt nem változott észrevehetően ("együttmozgó kettős"). A csillagok gyors forgását időközben a Thüringiai Csillagvizsgáló spektroszkópiai megfigyelése is megerősítette. A csillagokra modellt illesztve, és a Kepler adatait a halványabb csillag fényének figyelembevételével újraredukálva kiderült, hogy két, a Napnál 23-szor és 30-szor fényesebb csillag alkotja a rendszert, amely tőlünk 1800 fényévre helyezkedik el. A kísérő mérete a Jupiter méretének 2,2-szerese, ami alapján inkább barna törpének tekinthető, és nem "valódi" bolygónak.

Fönt: A KOI-13 tranzit fázisdiagramja. A vonalak mutatják a jellegzetes fénygörbe-torzulásokat. Középen: A fénygörbe eltérése egy szimmetrikus mintagörbétől. Lent: A tranziton kívüli fényváltozás is aszimmetrikus, ami változó megvilágításra utal. A mellékminimum mélysége alapján a kísérő hőmérséklete körülbelül 3150 K.
[Szabó és mtsai]

Végeredményben tehát egy olyan rendszert kell elképzelnünk, amelyben két gyorsan forgó, kissé lapult, forró és nagy méretű csillag kering egymástól nagyságrendileg ezerszeres Nap-Föld távolságban; a fényesebb csillag körül pedig erősen inklinált (ferde) pályán kering egy barna törpe kísérő, mégpedig a csillag sugarának mindössze hatszoros(!) távolságában. Maga a rendszer is minden szempontból unikális: ilyen forró csillag körül sem ismertünk még kísérőt, ráadásul a kísérő minden bizonnyal egy "forró barna törpe", amely szintén egyedülálló. A felfedezés asztrofizikai jelentősége többrétű: (i) először sikerült kimutatni egy barna törpés kettős rendszerben a törpecsillag pályájának dőltséget a központi csillag forgástengelyéhez viszonyítva pusztán a nagyon pontos fényességmérések alapján; (ii) a pályasík jelenlegi irányultságát nem ismerjük pontosan, de a kitérés léte utalhat valamilyen erőteljes dinamikai hatásra a barna törpe múltjából; (iii) a jelenleg páratlan hármas konfiguráció fontos információkat árulhat el a csillagkeletkezési elméletek érvényességéről a kis és közepes tömegű csillagok kialakulásában.

A rendszerről alkotott lehetséges elképzelés. A jobbra lent látható inzert a mátrai 1 méteres RCC teleszkóp képét mutatja a területről. A csillag elnyúltsága és intenzitástérképe az Altair interferometriai képén alapul.
[Szabó és mtsai]

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal Letters c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• arXiv:1105.2524v2 [astro-ph.EP]