Fehér törpecsillagok kialakulása

A csillagok életük jelentős részét azzal töltik, hogy magjukban fúziós folyamatok során hidrogént alakítanak héliummá. Ez utóbbi később újabb fúzió révén szénné és oxigénné alakul. Amennyiben a csillag tömege nem haladta meg Napunk tömegének nyolcszorosát, a fúziós folyamatok itt befejeződnek. Az ilyen csillagok életük végén ledobják külső rétegeiket. A folyamatosan táguló köpenyt planetáris ködnek nevezzük. Közepén egy sűrű, szénből és oxigénből álló csillagmag marad hátra, mely zsugorodni kezd, hőmérséklete pedig gyorsan emelkedik. Benne az atomok elveszítik elektronjaikat (ionizálódnak), az atommagok így rendkívül kis térrészre tudnak tömörülni. A gravitációnak már csak az elektronok degenerációs nyomása képes ellentartani, ennek segítségével kerül a mag újra egyensúlyba. Az ily módon kialakult csillagmaradványokat fehér törpéknek nevezzük.

A fehér törpék sugara a Földével összemérhető, átlagos tömegük 0,6-szerese a Napénak. Energiatermelés már nem zajlik bennük, így kialakulásuktól fogva folyamatosan hűlnek. A hűlés addig tart, amíg a csillag egyensúlyba nem kerül a kozmikus háttérsugárzás mindenkori hőmérsékletével. Ekkortól az objektumot fekete törpének nevezzük. A hűlési folyamat azonban hosszabb időt vesz igénybe, mint az Univerzum jelenlegi kora, így ma még nem figyelhetünk meg fekete törpéket.

Fehér törpék kialakulása
A kis tömegű csillagok életútja. Az életük végeztével kialakuló csillagmaradványt fehér törpének nevezzük. Forrás: Encyclopedia Britannica

Bolygók fehér törpék körül?!

A legtöbb érv amellett szólna, hogy fehér törpék körül nem találhatunk bolygókat stabil pályán. Amikor ugyanis egy kis tömegű csillag élete végéhez közeledve vörös óriássá fúvódik fel, elnyelheti a körülötte szűk pályán – kb. három csillagászati egységen (CSE) belül – keringő bolygókat. Az a kérdés továbbra is megválaszolatlan, hogy bolygók túlélhetnek-e a csillag híg köpenyében keringve.

Azonban nem csak a közel keringő bolygók számíthatnak sanyarú sorsra csillaguk életének végeztével. Amikor ugyanis a csillag lefújja-ledobja köpenyének jelentős részét, a tömegvesztés hatására a körülötte keringő bolygók pályája jelentős mértékben megváltozhat. Kepler III. törvényének megfelelően ez első sorban a pálya tágulását jelenti, ami sok esetben ahhoz vezet, hogy a bolygók elhagyják a rendszert. Ezen felül az esetlegesen túlélő bolygók a csillaguk fehér törpévé válása után is megzavarhatják egymás pályáit, így egymásba ütközhetnek, elhagyhatják a rendszert, vagy a csillagba eshetnek. Összességében tehát valószínűtlen, hogy egy fehér törpétől tíz CSE (Csillagászati Egység) távolságon belül keringő bolygót fedezzünk fel (összehasonlításképp: a Szaturnusz 9,5 CSE-re kering a Naptól).

És mégis, mára nem egy fehér törpe körül fedeztek fel bolygókat a kutatók! Az első, témához kapcsolódó felfedezés Stephen E. Thorsett és kutatócsapatának érdeme. Az elsőként 1993-ban észlelt bolygó azonban egy pulzár-fehér törpe rendszer (PSR B1620-26 AB) közös tömegközéppontja körül kering 23 CSE fél nagytengelyű pályán. Ez a rendszer ráadásul az M4 gömbhalmazban található, így fejlődése több szempontból is merőben különbözik a továbbiakban bemutatandó, magányos fehér törpék körül keringő bolygókétól.

Meglepetésként érte a tudományos közösséget Andrew Vanderburg és munkatársainak 2015-ös felfedezése, a WD 1856+534 fehér törpe esetében a TESS űrtávcső mérési adataiban bolygófedésre utaló jeleket találtak, amint a planéta periodikusan elhaladt a csillaga előtt. A WD 1856+534 rendszerről készült későbbi vizsgálatok során kiderült, hogy a felfedezett bolygó nincs egyedül: a rendszerben további öt (!) törpebolygó kering. Az égitestek körpályán keringenek, csillagukat csupán 4,5-4,9 órás periódussal kerülik meg, így pályájuk fél nagytengelye 0,005-0,0056 CSE-nek adódik. Az objektumok mind kis méretűek, átmérőjük 1-100 km közötti. (A Naprendszerben az ilyen méretű bolygók szinte kisbolygónak számítanának- A szerk.)

Ahogy az lenni szokott, az első felfedezést hamar sok másik követte. A WD 1856+534 rendszer feltérképezése óta további 11 bolygót fedeztek fel a kutatók fehér törpecsillagok körül. Közülük hat kis mérete és nagy sűrűsége alapján csakis kőzetbolygó lehet. Sőt, egyikük sűrűsége olyan hatalmas, hogy csakis egy kőzetbolygó vasmagjáról lehet szó. A felfedezett planéták mindegyike a fehér törpéhez közel kering, pályájuk fél nagytengelye csupán 0,003-0,36 CSE. A 11 felfedezésben benne foglaltatik továbbá egy jégóriás és négy gázóriás bolygó is. Egyikük igen távol kering a csillagtól (2500 CSE-re), kettő közepes (11, illetve 35 CSE), kettő pedig szűk pályán kering (0,02, illetve 0,07 CSE). Tömegük a Jupiter tömegének 2,5-14-szerese.

Adódik tehát a legfontosabb kérdés: hogyan kerülnek ide ezek a bolygók? Azon óriásbolygók esetében, melyek jelentős távolságra keringenek csillaguktól (11 CSE és felette), a pálya helyzete könnyedén magyarázható a csillag óriásági tömegvesztése során fellépő pályatágulás segítségével. Azonban a többi óriásbolygó, illetve a kőzetbolygók mindegyike rendkívül közel kering a csillagához.

Fehér törpecsillag körül keringő széteső bolygó
Egy fehér törpe körül keringő bolygó, mely éppen szétesőben van. Az elvesztett szilárd anyag a nagy hőmérséklet hatására szublimál, így por és gáz együtt alkot egy üstökösszerű csóvát.

Széteső bolygók, fémszennyezett csillagok

A kis fél nagytengelyű bolygók mind az úgynevezett Roche-határon belül keringenek: ilyen közel a csillaghoz a saját gravitációs erejük nem tud ellentartani a csillag által kifejtett árapályerőknek, és ezért feldarabolódnak. Valószínű tehát, hogy ezeket a planétákat szétesés közben figyelhetjük meg. Ezt alátámasztja az is, hogy amikor a bolygók elhaladnak csillaguk előtt, a csillag fényességének megváltozása aszimmetrikus. Utóbbi ugyanis egyértelmű jele annak, hogy a bolygókról anyag távozik el, vagyis egy porból vagy illó anyagokból álló, üstökösszerű csóvát húznak maguk után.

A Roche-sugáron belül tartózkodó bolygókkal rendelkező fehér törpék egy további különlegességet is mutatnak: légkörük fémekkel szennyezett. Egy fehér törpe felszínén a gravitációs gyorsulás jelentős, így a nehezebb elemek a csillag középpontjához közelebb találhatók. E szerint légkörükben, azokban a rétegekben, melyeket spektroszkópia segítségével még meg tudunk figyelni, csak a legkönnyebb elemeknek lenne szabad felgyülemleni: hidrogénnek és héliumnak. A fémszennyezett légkörű fehér törpék esetében azonban a fentieknél nehezebb elemeket lehet kimutatni a csillagok spektrumában. Az első fémekkel szennyezett atmoszférájú fehér törpét Adrian van Maanen fedezte fel 1917-ben. Azóta a legkülönfélébb elemek jelenlétét sikerült kimutatni több mint ötven fehér törpe légkörében, úgy mint: O, Na, Mg, Al, Si, P, Ca, Fe, Co, és Ni.

Egy égitest szétesése a Roche-sugáron.
Egy égitest szétesése a Roche-sugáron (fehér folytonos vonal). Időrendi sorrendben: bal felső panel: az égitest alakja a Roche-határ közelébe érve elnyúlik a csillag árapályerőinek hatására. Jobb felső panel: az égitest saját gravitációja nem tud ellentartani az árapályerőknek, így darabjaira hullik. Bal alsó panel: a keletkező törmelék a csillaghoz közelebb gyorsabban, attól távolabb lassabban kering, így az eredeti pálya mentén széthúzódik. Jobb alsó panel: a törmelék gyűrűt formál. Amennyiben a gyűrűben gáz is jelen van, a por és gáz a csillag felszínére esik a viszkozitásnak köszönhetően.

A fehér törpék légkörének fémszennyezettségét a következőképpen magyarázhatjuk: amennyiben egy bolygó a fehér törpe Roche-határán, vagy azon belül kering, anyagot veszít. Ez az anyag a csillag sugárzásának segítségével egyre szűkebb és szűkebb pályára kerülhet (Poynting-Robertson effektus). Ahogy egyre közelebb jut a csillaghoz, a hőmérséklet egyre növekszik, így a por gázzá szublimál. Ez a gáz aztán (a viszkozitás hatására) további pályazsugorodásnak lesz kitéve, és a csillagra hull. Így kerülnek tehát a csillagászati értelemben vett fémek a fehér törpe légkörébe, amivel magyarázhatóvá válik az anomális fémtartalom.

A fémes légkörű fehér törpék spektruma jól reprezentálja a szennyezőanyag összetételét. Az eddigi mérések alapján ezek összetétele hasonló a naprendszerbeli aszteroidákéhoz, illetve kőzetbolygókéhoz. Ez nem meglepő, hiszen a legtöbb, Roche-sugáron belül tartózkodó, szétesőben levő planéta összetétele is földszerű. Természetesen most is akadnak kivételek: két, a fehér törpéjük Roche-sugarán jócskán kívűl keringő gázbolygó központi csillaga szintén fémes légkörű. Adja magát a kérdés, hogy vajon ezekben a rendszerekben is vannak-e a Roche-határon belül keringő kőzetbolygók?

További érdekességképpen megjegyzendő, hogy a fehér törpék atmoszférájában fellelhető fémek izotóparányai alapján a közeljövőben az is megállapíthatóvá válhat, hogy a csillagba eső bolygón lemeztektonikai folyamatok is végbementek-e. Lemeztektonika természetesen csak kőzetbolygók felszínén lehetséges, azonban a Földön alapvető fontosságúak a szénkörforgás, és ezzel együtt az élet fenntartásához.

A téma iránt mélyebben érdeklődők remek összefoglalót olvashatnak Dimitri Veras 2021-es cikkében. A fémszennyezett légkörű fehér törpék témakörét ugyanő 2016-os összefoglalójában járja körül bővebben.

 

Jelen írás nem születhetett volna meg Dr. Regály Zsolt kitartó témavezetői munkája és mérhetetlen odaadása, valamint a Konkoly Csillagászati Intézet demonstrátori programjának és a Kulturális és Innovációs Minisztérium ÚNKP-23-2 kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból finanszírozott szakmai támogatása nélkül.

Az időpontok vagy Közép-Európai Idő (KözEI), vagy Nyári Időszámítás (NYISZ) szerint vannak, az éppen akkor használt időnek megfelelően.

A jelenségeket nagyrészt a Meteor csillagászati évkönyv 2024, Budapest, 2023, MCSE kötetéből vettem.

VCSE – Kutatók éjszakája előkészületek – Zalaegerszeg, ZalaZone Ipari park, 2022. szeptember

Olvasd tovább

Egy hónap alatt kétszer is találkoztunk a Hegyháti Csillagvizsgálóban. Ennek egyik indítéka, hogy a Horváth Tibor által készített, és mostanáig az udvarán álló Scutum Csillagvizsgálót áthelyezték a csillagvizsgáló udvarára, ahol felújított állapotában avattuk. A második találkozásra a Hegyháti Csillagvizsgáló felújítása adott okot.

Mi közöm ehhez az egészhez?

VCSE -Horváth Tibor Scutum Csillagvizsgálója kívülről - Fotó: Keszthelyi Sándor
VCSE -Horváth Tibor Scutum Csillagvizsgálója kívülről – Fotó: Keszthelyi Sándor

Olvasd tovább

Emlékszünk Pandóra szelencéjének történetére? Bár Pandóra neve azt jelenti, “minden ajándék”, mégis rossz emlékünk lehet róla. Bár megtiltották neki, hogy akárcsak a közelébe menjen, őt annyira furdalta a kíváncsiság, mi lehet benne, hogy kinyitott egy szelencét (kicsi dobozkát; más forrásokban hombárt), amiből kiszabadult a Betegség, a Bánat, a Szegénység, a Bűn, az Öregség – mire Pandóra megijedt, lecsapta a fedelet, így csak a Remény maradt a szelencében.

VCSE - Pandora halmaza, vagyis az Abell 2744 jelű galaxishalmaz a James Webb Űrtávcső felvételén. A képskálát a jobboldali vízszintes szakasz adja meg (40 ívmásodperc, a az átlagos telehold látszó méretének negyvenötöd része), Forrás: Európai Űrkutatási Ügynökség (ESA), a baloldali nyílak az égi irányokat mutatják, míg a legalsó sorban a szűrők nevei vannak, és hogy melyik szűrőnek milyen színt adtak a hamisszínes kompozit kép elkészítéséhez. A szűről neveiben szereplő számokat százzal osztva a szűrő centrális hullámhosszát kapjuk mikrométerben, tehát pl. az F115W szűrő áteresztésének közepe 1,15 mikrométer található. https://esawebb.org/images/weic2220b/
VCSE – Pandóra halmaza, vagyis az Abell 2744 jelű galaxishalmaz a James Webb Űrtávcső felvételén. A képskálát a jobboldali vízszintes szakasz adja meg (40 ívmásodperc, az átlagos telehold látszó méretének negyvenötöd része). A baloldali nyilak az égi irányokat mutatják, míg a legalsó sorban a szűrők nevei vannak, és hogy melyik szűrőnek milyen színt adtak a hamisszínes kompozit kép elkészítéséhez. A szűrők neveiben szereplő számokat százzal osztva a szűrő centrális hullámhosszát kapjuk mikrométerben, tehát pl. az F115W szűrő áteresztésének közepe 1,15 mikrométeren található. – Forrás: Európai Űrkutatási Ügynökség (ESA) https://esawebb.org/images/weic2220b/

Olvasd tovább

A Nemzetközi Meteoros Szervezet 2023. évi meteor-naptára szerint idén augusztus 13-án 7-14 UT (magyar idő szerint 9-16 óra között) lesz a Perseidák maximuma. Az előrejelzés beválása esetén előtte és utána éjszakán (vagyis 12/13-án hajnalban és 13/14-én az éjszaka első felében) számíthatunk maximumközeli aktivitásra, ebből – a radiáns magassága és időbeli közelsége okán – az aug. 12/13-a éjszaka néz ki jobbnak. Perseidákat azonban július 17-e tájától augusztus 24-ig minden éjjel láthatunk, de minél távolabb vagyunk időben aug. 12/13-a fordulójától, annál kevesebbet.

Érdemes lenne 2023. augusztus 14-én 1-3 h UT (vagyis 13/14-e éjszakáján hajnali 3-5 óra magyar idő szerint) is észlelni a Perseidákat, mert J. Vaubaillon szerint egy, a szülőüstökösből Kr. e. 68-ban kidobott porcsomó (meteoroidfelhő) ekkor éri el a Földet, és a meteoraktivitás ismét megnő egy picit (hogy mennyivel, azt nem tudták előrejelezni).

Tartalom: Mik azok a meteorok, más néven hullócsillagok? – Mik azok a Perseidák? – Szent Lőrinc könnyei: mik azok? – Mik azok a meteoroidok? – Mik azok a meteoritok? – A Perseidákról részletesebben – Tippek a megfigyeléshez

Perseidák Schmall Rafael, Kaposfő, 2021-08-13 00:00 - 03:00.
Perseidák Schmall Rafael, Kaposfő, 2021-08-13 00:00 – 03:00. Canon EOS 6D, ISO 6400, expozíció (s/ms): 15 s, felvételek száma: 300. Az észlelt Perseidák esetében elmaradt a tűzgömbök sokasága, melyek inkább más rajokból érkeztek. Amelyek a képre hullottak, azokat sikerült észlelni is az adott időintervallumban a kiváló zselici ég alatt. Megjegyzés: A felvétel 300 képkockából a meteort tartalmazó képek kiválogatásának összeadásából készült. Egy Star Adventurer mechanika által lett követve az égbolt és a nagy érzékenység, közepesen hosszú záridő és a tág f/2-es rekesz miatt szinte minden hullócsillag, ami látszódott, az a képre került.

MIK AZOK A METEOROK, MÁS NÉVEN HULLÓCSILLAGOK?

A világűrből a Föld légkörébe érkező apró, porszemnyitől a méteres darabig nagy sebességgel érkező kőzetdarabok a Föld légkörében lefékeződnek. A fékeződéskor elvesztett energia nagyobb része a kőzetdarab pályája mentén a légkör ionizálására fordítódik. Az ionizációkor az oxigén- és nitrogénatomokról és molekulákról elektron(ok) szakad(nak) le. Amikor ezt az atom gyorsan (század-, tizedmásodpercen belül) visszaszerzi, fényjelenséget bocsát ki. Úgy mondjuk, izzik az ioncsatorna: a kőzetdarab pályája mentén pár száz méteres átmérőjű területen, de sok-sok kilométeren (akár 10-30 km is lehet) fénylik pár tizedmásodpercig – pár másodpercig a légkörünk. Ezt a fénylést nevezzük meteornak, a belépő kőzetdarabot, ami a rövid időtartamú fénylést létrehozta, meteoroidnak. A meteor népi neve: hullócsillag.

Olvasd tovább