Előfizetés a lapra

Nagy kérdések kis csillagokról

asztrofizika, barna törpe, bolygó, csillag, csillagászat, Kepler, MTA CSFK

2016/12/14

A kis tömegű csillagok is okozhatnak nagy fejtörést a csillagászok számára. Vida Krisztián, az MTA CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet tudományos főmunkatársa olyan kérdésekre keresi a választ, hogy ezek belső szerkezete, forgása, mágneses tere és felszíni jelenségei miként függnek össze egymással, és miért térnek el az olyan, átlagosnak mondható csillagoktól, mint például a mi Napunk. A Bolyai-ösztöndíjas kutatóval az előbbi problémák mellett a barna törpékről is beszélgettünk, melyek átmenetet képeznek a bolygók és csillagok között, és néha olyan jelenségeket mutatnak, amelyet nem várunk tőlük.

– Mennyire nevezhető különlegesnek az, hogy a Kepler-űrtávcső adataival dolgozik ugyan, de nem exobolygókat kutat?

– A Kepler-távcső elsődleges feladata valóban a Föld-szerű exobolygók keresése volt, és érthető, hogy ez fogja meg leginkább a nagyközönséget, így erről esik több szó a sajtóban. Ám a Kepler adatbázisa több éven át végzett, nagyon pontos fotometriai méréseket tartalmaz, amelyek sok más területen is használhatók – erre remek példa a Tabby’s Star néven híressé vált rejtélyes KIC 8462852 esete. Ilyen többek között a pulzáló változócsillagok vizsgálata vagy az asztroszeizmológiai kutatások, de az adatok remek lehetőséget adnak a csillagaktivitással foglalkozó szakemberek számára is. Mintegy 150 ezer csillagról áll rendelkezésre több évnyi nagy pontosságú mérési adat. Egy amerikai kolléga például ezekhez készített egy algoritmust, amellyel flereket azonosít rajtuk. Ezek hasonló jelenségek a napkitörésekhez, a Kepler-távcső pedig a nagy pontosság mellett azért is előnyös ebből a szempontból, mert sok csillagot sokáig mér, így jobb eséllyel tudja elkapni ezeket a felvillanásokat.

– A Konkoly Obszervatórium csillagaktivitási csoportjában ezekkel foglalkoznak?

– Ez csak egy része a munkánknak: a csoport egyik kutatási területe például az aktivitási ciklusok vizsgálata. Itt ugyanarról van szó, mint a Nap 11 éves ciklusánál: a napfoltok és más aktivitási jegyek száma periodikusan megnő és lecsökken. Ezzel a jelenséggel szokták kimutatni más csillagok aktivitásának létét is. Megfigyeltünk néhány kis tömegű csillagot a 60 centis távcsővel és Piszkéstetőn az 1 méteressel néhány éves időskálán. Mindegyik meglehetősen gyorsan, nagyjából félnapos periódussal forog, és – többek között – azt vizsgáltuk, hogy van-e rajtuk aktivitási ciklus.

 Egy barna törpe művészi ábrázolása

Azt tudjuk, hogy minél gyorsabban forog egy csillag, annál rövidebb az aktivitási ciklushossza. Az általunk vizsgált csillagok esetében fél nap körüli forgási periódusnál 1–2 éves aktivitási ciklusokat találtunk. Mi a Kepler-távcső adataiban ezekhez hasonló, késői M és K típusú (3500–4200 K felszíni hőmérsékletű), egyedülálló, foltos, gyorsan forgó csillagokat kerestünk, és a fénygörbéiket vizsgáltuk. Az űrfotometriai mérések igen precízek, azonban hosszú távon különböző instrumentális trendektől terheltek, amelyekkel az adatokat korrigálják, ezért nem lehetséges hagyományos módon, a fénygörbe hosszú távú változásai alapján keresni aktivitási ciklusokat.

 Elméleti modellek azonban azt sugallják, van remény arra, hogy a Naphoz hasonlóan az aktivitási ciklussal a foltszélesség is változik. A Napon ezt a jelenséget pillangó-diagramként ismerik, mivel a napfoltcsoportok szélesség szerinti eloszlását ábrázolva pillangószárnyszerű ábrát kapunk. Azt várjuk, hogy az aktivitási ciklus különböző fázisaiban más és más szélességen megjelenő foltcsoportokat látunk, amelyek a differenciális rotáció miatt az adott csillagrajzi szélességre jellemző, kicsit eltérő forgási sebességet mutatnak. A Kepler-űrtávcső adataiban 39 ígéretesnek tűnő csillagot azonosítottunk, amelyből kilencben találtunk ilyen változásokat. Persze, ezek sem szigorúan szabályos aktivitási ciklusok, hiszen a Nap 11 éves ciklusa is változó: 9 és 13 év között mozog. Ennek az a tanulsága, hogy a Kepler-adatokból ezzel a teljesen új megközelítéssel is ki lehet mutatni az aktivitási ciklust.

– Miért érdekes a kis tömegű csillagok vizsgálata?

– A csillagok szerkezete alapvetően más 0,3 naptömeg felett és alatt. Az ennél kisebbek belseje teljesen konvektív, azaz az energiatranszport elsősorban anyagáramlással történik, a nagyobbaké pedig a Naphoz hasonló: az energia főként sugárzással terjed, a radiatív magot konvektív burok veszi körül. Emiatt a csillagban működő mágneses dinamó és a csillagokon megfigyelhető jelenségek is eltérőek: a napszerű csillagoknál például várhatunk aktivitási ciklust, a teljesen konvektíveknél nem.

 A Nap belsejének nagyjából a felső 30 százaléka konvektív. A kisebb tömegű csillagoknál ez a zóna egyre nagyobb, és a körülbelül 0,3 naptömegnél kisebb csillagok már teljesen konvektívek. A Napnál a két belső zónát elválasztó vékony réteg a tachoklína: ennek a mágneses tér keletkezésében is fontos szerepe van. A radiatív mag merev testként forog, így itt erős nyírás jön létre. Innen szállnak föl a mágneses erővonalkötegek, amelyek később a felszínen megjelennek, s innen származik a teljes napaktivitás, a foltok és a többi ismert jelenség. Viszont a teljesen konvektív csillagoknál nincs tachoklína, ott másfajta dinamónak kell lennie, de a részletek még nem teljesen ismertek.

 Egy modell szerint a kis tömegű, teljesen konvektív csillagoknál több ezer rotáción keresztül is ugyanolyannak kell lennie a mágneses térnek, és minimális differenciális rotációt várunk: szinte merev testként kell forognia a csillagnak.

 Ilyen csillagról is végeztünk méréseket, s azokat egyéb adatokkal is kiegészítettük. Mindezek alapján nyugodtan mondhatom, hogy bizonyos szempontból a világ legunalmasabb aktív csillagát figyeltük meg, hiszen összesen 16 éven át láthatunk azonos felszíni struktúrát, vagyis nagyon stabil mágneses konfigurációt. Ez a csillag egy remek példája annak, amikor a mérések és a modellek összhangban vannak.

 Ugyanerről a csillagról találtunk a kanadai–francia–hawaii távcső archívumában rengeteg jó minőségű spektrumot. Megnéztük a csillag H-alfa vonalát, amely a csillagaktivitás jellemző indikátora, és találtunk egy komplex korona-anyagkidobódást. Osztrák és finn kollégákkal próbálunk keresni hasonlókat, jelenleg úgy tűnik, hogy ezek az események ritkábbak, mint várnánk.

– A Bolyai-ösztöndíjas kutatások is erről szólnak?

– Nem egészen, bár egyfajta alapnak tekinthető. Az egyik téma, ami nagyon érdekel, hogy hogyan változik meg a csillagaktivitás a csillagszerkezet változásával 0,3 naptömeg körül. A másik a barna törpék mágneses aktivitása. Ezek tömege túl kicsi ahhoz, hogy a hidrogén fúziója be tudjon indulni a belsejükben: energiájukat deutériumfúzióval termelik.

 Nagyjából a Jupiter tömegének a 75-szöröse (körülbelül 0,08 naptömegnyi) a csillagok és a barna törpék közötti határ, és mintegy 10 jupiternyi tömeg a bolygók és a barna törpék közötti határ, vagyis az utóbbiak átmenetet képeznek a csillagok és a bolygók között. Az elméletek azt sugallták, hogy ezekben nem létezhet a csillagokhoz hasonló mágneses aktivitás. Ennek ellenére ismerünk olyan barna törpéket, amelyek röntgenforrások, valamint rádiótartományban is találtak flerre utaló jeleket. Emellett némely barna törpén találtak optikai tartományban is kitörést. A kisebb tömegű barna törpék aktivitásáról jelenleg nagyon keveset tudunk: ez egy nagyon érdekes, új dolog, emiatt is szerepel a Bolyai-ösztöndíjas programomban.

 TRUPKA ZOLTÁN

2016/38