Önmagukat is felfaló óriások — Portré a Wolf–Rayet csillagokról – Fröhlich Viktória

Kevés olyan objektum van az Univerzumban, amelyről olyan keveset tudunk, mint a Wolf–Rayet (WR) csillagokról. Ezek a csillagok egyik legszélsőségesebb osztályát képezik. Tömegük akár több százszorosa is lehet a Napénak, felszíni hőmérsékletük elérheti a százezer fokot, fényességük pedig a Nap fényességének egymilliószorosára is növekedhet. Mindemellett a Wolf–Rayet-csillagok másodpercenként több ezer kilométer per másodperces sebességű csillagszél segítségével dobják le magukról külső rétegeiket.

Egy furcsa színkép 1867-ből

Mai történetünk 1867-ben kezdődik a Párizsi Obszervatóriumban, ahol két francia csillagász, Charles Wolf és Georges Rayet három szokatlan csillagra bukkan a Hattyú csillagképben. A megfigyelt objektumok spektruma nem éles, sötét elnyelési vonalak sorát mutatja, ahogy azt a „rendes” csillagoknál megszoktuk, hanem pont ellenkezőleg: széles, emissziós vonalakkal van teletűzdelve.

Vajon mi okozza, hogy a csillag felszíne fölött világító anyagot figyelünk meg? A választ a WR csillagok hatalmas sebességű csillagszele adja meg. Egy tipikus Wolf–Rayet-csillag 1000–3000 km/s-os sebességgel veti le magáról felszíni anyagát. Ezzel az intenzitással egy év alatt akár néhány földtömegnyi anyagot is elveszíthet, néhány százezer év alatt pedig a Nap tömegével összemérhető gázmennyiséget szór szét a tér különböző irányaiba. A csillag ragyog ugyan, de közben lassan, módszeresen felszámolja önmagát.

Egy meztelen csillagbelső

A nagytömegű csillagok élete végéhez közeledve a csillag magjában a hidrogénkészlet elfogy. Ezt követően a hélium, a szén, a neon, az oxigén, a szilícium és végül a vas egymás utáni, egyre rövidebb ideig tartó fúziós epizódjai következnek. A csillag idővel egy koncentrikus gömbhéj-szerkezetté válik — egyfajta kozmikus hagymává —, amelynek minden rétegében más-más elem fúziója zajlik.

Ha a csillag elég nagy tömegű és fényes, saját fénynyomása és csillagszele letépik a külső hidrogén-, extrém esetben a hidrogén- és a héliumburkot. Az eredmény: a csillag belseje láthatóvá, gyakorlatilag meztelenné válik. Ezekben a csillagmagokban már a nitrogén, a szén vagy az oxigén a domináns összetevő. Ezeket az elemeket látjuk megjelenni a WR-csillagok hidrogénben és héliumban szegény spektrumában is.

A Wolf–Rayet-csillagokat színképük alapján három fő csoportra osztjuk. A WN-típusúak színképében a nitrogén dominál. A WC-csillagok szén- és héliumvonalakat mutatnak, vagyis a csillagról már egy további réteg is lehámozódott. Végül a rendkívül ritka és forró WO-csillagokban már az oxigén nyomai is jelen vannak.

Ezeket a típusokat gyakran tekintik egy fejlődési sorozat lépcsőfokainak: ugyanaz a csillag élete során akár mindhárom kategórián is végighaladhat, miközben a csillagszél egyre mélyebb rétegeket tesz láthatóvá. Mindez kozmikus léptékkel lélegzetelállító gyorsasággal zajlik: egy Wolf–Rayet-csillag teljes élete néhány százezer év — hasonlítsuk ezt össze a Napunk 4,6 milliárd éves korával! A Tejútrendszerben mindössze nagyjából hétszáz WR csillagot ismerünk, és bár valódi számuk ennél minden bizonnyal nagyobb, a kozmikus statisztikában vitathatatlanul ritkák maradnak.

Egy friss portré a JWST-től: WR 124

A Nyíl csillagképben található WR 124 talán a legismertebb magányos Wolf–Rayet-csillag. Ezt a különleges címet azért is szerezhette meg, mert a James Webb Űrtávcső (JWST) első, ünnepélyes bemutatkozó képsorozatának is egyik főszereplője volt 2022 júniusában. A Webb közeli és középinfravörös műszereivel rögzített kép egy körülbelül 6 fényév átmérőjű ködöt tár elénk. A köd az M1-67 nevet viseli, és ez magának a csillagnak a ledobott köpenye, amit az elmúlt 20 000 év alatt kifújt a csillagszél.

Becslések szerint a WR 124 a születésekor 32 naptömegű volt, amiből eddig legalább 10 naptömegnyi anyagot szétszórt a környezetében. A köd nem szimmetrikus, hanem forró gáz és az abból kikondenzálódott por hatalmas, csomókká sűrűsödött elegye. Egy-egy csomó akár a harminc földtömeget is elérheti, mérete pedig a Szaturnusz pályájával is összemérhető lehet!

A WR 124 látványa nem pusztán esztétikai csemege. A kép azt is illusztrálja, miért éppen a Wolf–Rayet-csillagok kerültek a „porköltségvetési válság” (dust budget crisis) egyik lehetséges megoldásának középpontjába. A Világegyetem galaxisaiban ugyanis jóval több csillagközi port látnak a kutatók, mint amennyit szimulációkban elő tudnak állítani — és úgy tűnik, ezt a hiányt részben a WR-csillagok körül egyedülállóan hatékony porképződés pótolhatja.

A vég: szupernóva, gammakitörés, vagy csendes összeomlás?

A WR-csillagok nem csak életükben különlegesek; a haláluk során is kitűnnek a tömegből. Miután a legbelső csillagmagban a vasfúzió is végbe megy, a csillag összeomlik, a magról visszapattanó lökéshullám pedig ledobja a csillag külső rétegeit. Vagyis egy magösszeomlásos (II-es típusú) szupernóva-robbanásnak lehetünk tanúi. A hátrahagyott maradvány a kezdeti tömegtől függően egy neutroncsillag vagy egy fekete lyuk lesz.

A WR-csillagok mindemellett a hosszú gammakitörések — az ismert Univerzum legenergikusabb robbanásainak — jelöltjei. Egy gyorsan forgó WR-csillag összeomlásakor ugyanis a fekete lyuk körül hatalmas tömegű, forró akkréciós (anyagbefogási) korong alakul ki, amely egy keskeny, relativisztikus sebességű részecskenyalábot lövell ki a két pólus irányába. Ezek a nyaláboknak néhány másodperc alatt több energiát bocsátanak ki, mint amennyit a Nap tízmilliárd év alatt kisugároz.

Lehetnek azonban olyan WR-csillagok is, amelyek tökéletes csendben távoznak. Ha a mag összeomlása során képződő maradvány a lökéshullám elindulása előtt elnyeli a ráhulló külső anyagot, nem történik anyagledobás. Ilyenkor nem látunk szupernóvát, a csillag anyaga pedig „csendben” eltűnik egy újonnan született fekete lyukba. Ezek a folyamatok régóta szerepelnek az elméleti modellekben, és mára egyre több, főleg közvetett megfigyelés utal arra, hogy a természet tényleg dönthet úgy: egy-egy csillag pompás robbanás nélkül huny ki.

Miért fontos mindez?

A Wolf–Rayet-csillagok ritkák és igen rövid ideig léteznek. Mégis a kozmikus kémia egyik legfontosabb szereplői: a szén, nitrogén, oxigén és nehezebb elemek, amelyek a csillagszelük révén és a végső robbanásukból a csillagközi térbe jutnak, a következő nemzedék csillagainak, bolygóinak — és ne felejtsük: saját testünknek — az építőkövei. Amikor egy Wolf–Rayet-csillag képét vizslatjuk, saját eredettörténetünk egyik korábbi fejezetével nézünk farkasszemet.

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:

Széteső bolygók fehér törpecsillagok körül – Fröhlich Viktória Élet nyomai egy bekebelezett bolygón? – Lemeztektonika a Földön kívül – Fröhlich Viktória Judith Pipher (1940–2022) – 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