Távoli csillagok „pulzusmérése”

A Kepler-program keretében csillagászok a távoli csillagokról valaha kapott legpontosabb fényességváltozás-méréseket vizsgálták. Magyar tudósok eredményei is szerepeltek a NASA sajtótájékoztatóján.

A Kepler Asztroszeizmológiai Tudományos Konzorcium (KASC) olyan egyedülálló eredményeket tett közzé, melyek alapjául a Kepler exobolygó-kereső űrtávcső soha nem látott pontosságú, folyamatos fényességmérései szolgáltak. A távoli csillagok előtt elhaladó bolygók csekély halványodást, azaz fedést okoznak szülőcsillaguk fényében. A Kepler-űrtávcső ezt a kis fényváltozást mérve keresi a Föld távoli ikertestvéreit. A 2009 márciusában indított műszer 3 és fél évig egyetlen égboltterületet figyel folyamatosan, miközben 156 000 csillag fényességét méri a Földről elérhetőnél több nagyságrenddel pontosabban. Az új felfedezések jól demonstrálják a Kepler hozzájárulását a csillagok működésének pontosabb megértéséhez. Az eredményeket az Aarhus-i Egyetemen, a KASC központjában jelentették be egy NASA sajtókonferencia keretében. Figyelemre méltó, hogy a konzorcium tizenhárom munkacsoportja közül kettőt az MTA Konkoly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézetének kutatói vezetnek.

Balra fent modulálatlan RR Lyrae csillag fényességváltozása, jobbra fent Blazsko-modulációt mutató RR Lyrae látható. A jobb alsó panel a pulzációs maximumok nagyságának szembetűnő váltakozását, a Kepler által felfedezett periódus-kettőződést mutatja.

A most bejelentett felfedezések közül az egyik legfontosabb az RR Lyrae csillagokkal kapcsolatban született. Ezek az égitestek a pulzáló változócsillagok egy csoportját alkotják, fényváltozásuk régóta ismert, annak oka alaposan ismert, emiatt gyakran használják őket kozmikus távolság-meghatározásra. Fényességük akár kétszeresére is megnőhet egy-két óra alatt, összehúzódásuk és kitágulásuk jellemzően fél napig tart. Az RR Lyrae csillagok legalább felénél azonban a fényváltozás erőssége és a periódus nagysága néhány hetes-hónapos időskálán változik. Ezt Blazsko-effektusnak hívjuk. (Angolos átírással a szakirodalomban a Blazhko írásmóddal is találkozhatunk. – A szerk.) Habár a jelenség több mint egy évszázada ismert, eredete a mai napig nem tisztázott, és egyike a csillagok pulzációjával kapcsolatos legfontosabb problémáknak.

A legfényesebb RR Lyrae csillag – az osztály névadója – földi távcsövekkel és a Kepler-űrtávcsővel történt megfigyelésének hasonló hosszúságú adatsora. Figyeljük meg az űradatoknak a periódus-kettőződés felfedezésében nagy szerepet játszó folyamatosságát.

A KASC nemzetközi konzorciumban a csillagtípus elméleti vizsgálatait Szabó Róbert (MTA KTM Csillagászati Kutatóintézet) irányítja. Az általa vezetett kutatócsoport a Kepler-űrtávcsövet használva olyan új jelenséget fedezett fel a Blazsko-modulációt mutató RR Lyrae csillagok egy csoportjánál – köztük a névadó csillagnál is –, ami mérföldkőnek számíthat a Blazsko-jelenség magyarázatára irányuló vizsgálatokban. A periódus-kettőződés, mely a pulzáció okozta fényváltozás maximumainak váltakozásában érhető tetten, jól ismert dinamikai folyamat, azonban megjelenése az RR Lyrae csillagok esetében teljesen váratlan volt. A Kepler nélkül annak ellenére nem sikerült korábban megfigyelni, hogy némely csillagra már több évtizedes megfigyelési anyag gyűlt össze földi megfigyelések révén. A meglepő felfedezéshez az ultrapontos és folyamatos megfigyelések nélkülözhetetlennek bizonyultak. A Kepler az általa megfigyelt csillagmezőben mintegy 40 RR Lyrae típusú csillagról szolgáltatott a földi megfigyeléseknél százszor-ezerszer pontosabb adatokat.

Minthogy az új jelenséget csak a Blazsko-modulált csillagok mutatják, méghozzá a moduláció jól meghatározott fázisaiban, így nagy biztonsággal kijelenthető, hogy a periódus-kettőződés és a Blazsko-effektus szoros kapcsolatban vannak. Az eredményt még értékesebbé teszi, hogy a magyar csillagászok elméleti számításokkal is igazolták a jelenség létrejöttét, és hidrodinamikai modellek segítségével annak okára is fényt derítettek. Számításaik alapján a periódus-kettőződést egy magas rendű rezonancia okozza, mely a pulzációs alapmódus és egy másik pulzációs módus (felhang) között jön létre. Ilyen kölcsönhatásokra korábban nem fordítottak figyelmet, ezért a felfedezés minden bizonnyal új irányba tereli a témával foglalkozó asztrofizikusok érdeklődését. A magyar kutatók reményei szerint legújabb eredményük áttörést hozhat az RR Lyrae csillagok modulációját övező évszázados rejtély megértésében.

A két legpontosabban ismert csillag: Nap és a KIC 11026764 méretaránya csillagszeizmológiai mérésekből.

A mostani eredmények mindegyike a csillagok rezgéseinek vizsgálatával született, az erre épülő tudományág neve asztroszeizmológia. A csillagok többségében kimutatható oszcillációk felhasználhatók arra, hogy a csillagok belsejét vizsgáljuk, hasonlóan, ahogy a szeizmológusok a Föld szerkezetét tanulmányozzák a földrengéshullámok vizsgálatával. A csillagok körül keringő bolygók jellemzőit akkor lehet kellő pontossággal megismerni, ha a szülőcsillag paramétereit is képesek vagyunk elég pontosan megmérni. Éppen ezért a bolygókkal rendelkező csillagok esetében különösen izgalmas az asztroszeizmológia alkalmazása, hiszen ez az egyetlen módszer, amely pontos méret- és kormeghatározást tesz lehetővé. A Kepler pontosan ezt a lehetőséget kínálja a kutatóknak. A korábban jelentéktelennek tartott, KIC 11026764 jelű csillagot a Kepler-mérések Travis Metcalfe (NCAR, Boulder, Colorado) vezette analízise egy csapásra a legalaposabban ismert csillaggá tette a Napot leszámítva. Korára 5,94 milliárd év adódott, átmérője pedig 2,05-szor akkora, mint a Napé. Az égitest központi csillagunknál előrehaladottabb fejlődési állapotban van, úton a felfúvódott vörös óriás állapot felé. Bár a KIC 11026764 jelű csillag körül jelenleg nem ismerünk bolygókísérőt, a Kepler-adatok megmutatták, hogy az asztroszeizmológiai módszer tökéletesen működik, és fontos szerepe lesz az exobolygók vizsgálatában is.

A Kepler a Nap késői fejlődési állapotát tükröző vörös óriások közül több mint ezret figyelt meg. Kivétel nélkül mindegyik mutatja azokat a parányi rezgéseket, melyek lehetővé teszik, hogy szerkezetükről bővebb információhoz jussunk. A most közzétett eredmények, melyek Daniel Huber (University of Sydney) és Thomas Kallinger (University of Vancouver) által vezetett vizsgálatok nyomán születtek, messze a legjobb lehetőséget kínálják arra, hogy a Nap és a csillagok fejlődésére kidolgozott modelljeinket ellenőrizhessük. Megerősítést nyert, hogy Napunk kb. 6 milliárd év múlva óriás csillaggá fúvódik fel, s ebben az állapotában a jelenleginél ezerszer több energiát fog kibocsátani egységnyi idő alatt. Mivel a Kepler-vizsgálatokba a csillagok óriási mintája bevonható, így nem csak Napunkról, de egész Galaxisunk fejlődéséről és jövőjéről is többet tudunk meg a csillagszeizmológia segítségével.

A vörös óriáscsillagok oszcillációi. A fényváltozás frekvenciája és erőssége a csillag méretével változik.

Szabó Róbert
(MTA Konkoly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézet)

Az új felfedezéseket részletező, közlésre elfogadott és megjelenés alatt álló szakcikkek:

R. Szabó, Z. Kolláth, L. Molnár és mtsai: Does Kepler unveil the mystery of the Blazhko effect? First detection of period doubling in Kepler Blazhko RR Lyrae stars, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

J. M. Benkő, K. Kolenberg, R. Szabó és mtsai: Flavours of variability: 29 RR Lyrae stars observed by the Kepler space telescope, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

T.S. Metcalfe, M.J.P.F.G. Monteiro, M.J. Thompson és mtsai: A precise asteroseismic age and radius for the evolved Sun-like star KIC 11026764, Astrophysical Journal

D. Huber, T. R. Bedding, D. Stello és mtsai: Asteroseismology of red giants from the first four months of Kepler data: Global oscillation parameters for 800 stars, Astronomy & Astrophysics

T. Kallinger, B. Mosser, S. Hekker és mtsai: Asteroseismology of red giants from the first four months of Kepler data: Fundamental parameters, Astronomy & Astrophysics

Kapcsolódó cikkek:
Hamarosan indulhat a Kepler
Úton a Kepler-űrtávcső

Kapcsolódó linkek:
A Kepler Asztroszeizmológiai Tudományos Konzorcium honlapja
A Kepler-misszió honlapja (NASA)