Kettős lélegzet — Wolf–Rayet-csillagok égi keringője – Fröhlich Viktória

2022 októberében a James Webb Űrtávcső egyik képe néhány nap alatt körbejárta a világot: egy Wolf–Rayet (WR) csillagpáros körül tizenhét tökéletes, koncentrikus porgyűrű ragyogott fel, akár egy elképzelhetetlen méretű, sötét bársonyra helyezett ujjlenyomat.

Az objektum a Hattyú csillagképben rejtőzik, tőlünk alig több mint 5000 fényévre, és a WR 140 katalógusnevet viseli. A kép láttán már csak annak esztétikai értéke is meghatja az embert (különösen a csillagászhallgatót) — a WR 140 ugyanis kézzelfogható bizonyíték arra, hogy két csillag együttes tánca milyen lebilincselő kozmikus alkotásokat képes létrehozni. Nézzük, milyen fizikai folyamatok vezetnek egy ilyen mű születéséhez!

Nagy tömegek, jelentős kettősségek

A nagytömegű csillagok világában a kettősség a szabály, nem a kivétel. A legfrissebb becslések szerint a Wolf–Rayet-csillagok legalább 40%-a egy másik, többnyire szintén nagy tömegű (O vagy B színképtípusú) csillaggal alkot szoros rendszert. A két objektum egymás körül rendszerint napoktól évtizedekig terjedő időskálán kering. Ez a kettősség pedig jelentős befolyással van mind a rendszer, mind a WR-csillag sorsára nézve.

Egy közeli kísérő gravitációja ugyanis segít lehámozni a csillag köpenyét — ami egy magányos csillagnál kizárólag a saját sugárnyomásától és csillagszelétől függne. A mai csillagfejlődési szimulációkban egyre inkább az a kép rajzolódik ki, hogy a Wolf–Rayet-állapot létrejöttében a kettőségnek kulcsszerepe van.

A társcsillag azonban nem csupán a WR-állapot kialakításában kap jelentős szerepet. Amikor egy WR–O kettős rendszer két csillagának felszínéről egyidejűleg lövellnek ki a szupergyors csillagszelek, azok valahol félúton ütközni fognak egymással. Ez az ütközés nem egy gyengéd esemény. Az ütközési zónában élesen határolt, ívelt lökéshullám-frontok jönnek létre. Itt a hőmérséklet olyan magas lehet, hogy az ütközési zóna erős röntgen- és rádiósugárzással is felhívhatja magára a figyelmet.

És ami a legfontosabb: éppen ebben a szélkölcsönhatási zónában történik valami, ami első látásra ellentmondásnak tűnik. Ebben a forró, kavargó, ledobott anyagcsomóban porkeletkezést figyelhetünk meg.

Por a pokolban

A Wolf–Rayet-csillagok környezete első pillantásra a világ legalkalmatlanabb helye a porképződésre. Felszínük hőmérséklete akár százezer fok fölé emelkedhet, kíméletlen ultraibolya-sugárzásuk révén pedig minden közelükben levő molekula sorsa megpecsételődik. Ráadásul a Wolf–Rayet-csillagok légkörében már eleve kevés a hidrogén, amit a porképződés egyik legfontosabb katalizátoraként tartanak számon.

Hogyan válik akkor mégis porban gazdaggá egy WR-csillag környezete? A válasz kulcsa a szénben gazdag WC-csillagok és a szélütközési zóna együttes működése. A két csillagszél összecsapásakor a közöttük lévő anyag hirtelen felsűrűsödik, összenyomódik és lehűl – adott távolságban pedig már részben árnyékolva lesz az ultraibolya-sugárzástól. Itt a szénatomok elkezdenek óriásmolekulákká és grafitszerű szemcsékké összeállni. Ezek nyomát látjuk a WR 140-nél is a JWST MIRI-műszerének középinfravörös spektrumában. Ezzel a kezünkben van az egyik legjobb bizonyíték arra, hogy a WR-csillagok hatásos porgyárakként működnek.

Kozmikus szélkerék

Végül lássuk, mi okozza a WR 140 esetében a látványos geometriát! A rendszer két csillaga egy erősen elnyújtott, ellipszis alakú pályán kering egymás körül, 7,93 éves periódussal. A két komponens csak a legközelebbi megközelítésük környezetében kerül elég közel egymáshoz ahhoz, hogy a szelek ütközési zónája elérje a porképződéshez szükséges sűrűséget. Tehát minden keringés alatt tehát pontosan egy rövid porképző alkalom figyelhető meg. Ezt évekig tartó csend követi, míg a csillagok újra egymás közelébe nem érnek.

A csillagszelek ereje a keletkezett port eltávolítja a csillagok közvetlen közeléből, így a porhéjak folyamatosan tágulnak. A keringő csillagok forogva és keringve lövellik ki az anyagot, ennek megfelelően a por spirális vonalban tekeredik az űrbe. Ha a rendszert szerencsés módon szemből látjuk, mint a híres WR 104 esetében, a szélkerék a maga teljes szépségében mutatja magát. Ha inkább oldalról nézünk rá — mint a WR 140-re —, a spirál egymás utáni menetei koncentrikus gyűrűkként vetülnek a látómezőnkbe.

A Lau és munkatársai által 2022-ben a Nature Astronomy-ben közölt JWST-képen látható 17 gyűrű pontosan 130 évnyi porkibocsátási epizódot rögzít. A rendszer ennél minden bizonnyal idősebb, csak a legtávolabbi gyűrűk mára annyira elhalványultak és szétszóródtak, hogy már a Webb sem látja őket. A WR 140 körüli por nem új felfedezés: a kilencvenes évek végétől a Keck-teleszkóp már látott belőle egy-két gyűrűt, a Spitzer pedig további nyomokat talált. A JWST azonban először tárta fel a teljes, tizenhét gyűrűs mintázatot — és nemcsak felbontásban forradalmasította a képet. A WR 140 ezzel a kettős Wolf–Rayet-rendszerek dinamikájának laboratóriumává vált.

A Kulturális és Innovációs Minisztérium EKÖP-25 kódszámú Egyetemi Kiválósági Ösztöndíj Programjának a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból finanszírozott szakmai támogatásával készült.

Related posts:

Önmagukat is felfaló óriások — Portré a Wolf–Rayet csillagokról – Fröhlich Viktória Széteső bolygók fehér törpecsillagok körül – Fröhlich Viktória Élet nyomai egy bekebelezett bolygón? – Lemeztektonika a Földön kívül – Fröhlich Viktória Extrém körülmények között II. – Élet egy naptalan égbolt alatt? – Fröhlich Viktória Elmélkedő csillagpor III. – Mi is az élet? Hát mi magunk! – Fröhlich Viktória