2012.08.14. - Újdonságok a Betelgeuse fejhullámáról

Német kutatók részletes csillagfejlődési modellszámításokat végeztek el az Orion csillagkép legfényesebb csillaga, a vörös szuperóriás Betelgeuse fejlődésének és a fejhullámok kialakulásának mibenlétéről.

A nagytömegű csillagok jelentős hányada szuperszonikus sebességgel repül a csillagközi anyag felhőin keresztül. Ennek oka általában vagy egy kettőscsillag rendszerének külső hatásra történő szétesése, vagy pedig a csillagkeletkezés helyszínéül szolgáló csillaghalmazból való kilökődés, szintén csillagok gravitációs kölcsönhatásán keresztül. Mivel az óriás és szuperóriás csillagok jelentős tömeget veszítenek erős csillagszelük révén, a csillagszél és a csillagközi anyag találkozása markáns fejhullám(ok) kialakulását eredményezi.

Életük vége felé közeledve a szuperóriás csillagok asztrofizikai szempontból gyors változásokat mutatnak, melyek során a vörös és kék szuperóriás-állapot között vándorolnak a Hertzsprung-Russell diagramon. A fejlődéssel párhuzamosan a csillagszél is erősen változik (például kék szuperóriások csillagszele nagy sebességekre tesz szert a központi csillag sugárnyomásának hatására, míg vörös szuperóriások általában könnyebben veszítik el külső burkukat, hiszen a felfúvódott állapotban a légköri rétegeknél a szökési sebesség igen kicsi), ami leképeződik a fejhullámok szerkezetében is.

A Betelgeuse és környezete az IRAS infravörös műhold 60 mikronos hullámhosszú felvételén. Jól látszik a fényes csillagot övező íves fejhullám, illetve az egyenes szerkezetű "küllő".
[Mackey és mtsai]

A Betelgeuse az egyik legközelebbi vörös szuperóriás csillag, amely körül az IRAS infravörös térképein feltűnő íves fejhullám-szerkezet látszik. Újabb infravörös mérések (például az AKARI műholddal) részletesebb képpel erősítették meg az IRAS eredményeit, és például meghatározhatóvá tették a gáz- és porhéj tömegét (0,0033 naptömeg). Egy nemrégiben publikált hidrodinamikai csillagszél-modellezés arra utalt, hogy a Betelgeuse fejhulláma igen fiatal lehet (30 ezer évesnél is fiatalabb), ami alapján elképzelhető, hogy a csillag mindössze pár tízezer éve fejlődött vörös szuperóriássá a kék szuperóriás állapotból.

Jonathan Mackey (Argelander-Institut für Astronomie, Bonn) és munkatársai ezt az eredményt kívánták tesztelni részletes csillagfejlődési modellszámításokkal. Vizsgálatukban vettek egy olyan magányos csillagot leíró modellt, amelynek a paraméterei megegyeznek a Betelgeuse jelenlegi fizikai paramétereivel (tömeg, hőmérséklet, luminozitás), majd időben visszafelé haladva előállították a korábbi kék szuperóriás állapotot. Ezek után kétdimenziós hidrodinamikai modellekkel nyomon követték, hogy mi történik a szimulációban a csillagszél által a csillagközi anyagba fújt buborékkal, miközben a kék szuperóriás vörös szuperóriássá fejlődik, a gyors csillagszelet pedig felváltja a lassú csillagszél.

A számítások szerint a gyors csillagszél leállása után gyakorlatilag "összeomlik" a cirkumsztelláris buborék, aminek belső fala képes létrehozni az infravörös képeken látszó fejhullámot. Emellett a korábbi buborék pereme lassan távolodik a központi csillagtól és a csillagközi anyaggal való kölcsönhatása létrehozhat egy vetületben akár egyenes "küllőnek" látszó szerkezetet. A kutatók legfontosabb következtetése szerint a kirajzolódó fizikai kép konzisztens a korábbi, nagyrészt független számításokkal, azaz a Betelgeuse természete egyre megnyugtatóbban ismert. Már csak az a kérdés, hogy mikor dönt végre a II-es típusú szupernóvaként való felrobbanásról...

Forrás:

• Mackey, J. és mtsai, 2012, ApJ Letters, 751, L10