A Gaia és a vörös törpék működése
(Rovat: Távoli világok kutatói, Űrcsillagászat Európában , Amerika és az űrcsillagászat - 2018.08.13 07:15.)

Sok adatból váratlan érdekességek is előbukkanhatnak. A Tejútrendszer milliárdnyi csillagát felmérő Gaia űrszonda újabb meglepetéssel szolgált.

Nemrég jelent meg az Európai Űrügynökség (ESA) Gaia szondájának második nyilvános adatbázisa. A Gaia 2013-ban indult, tőlünk mintegy másfél millió kilométerre, a Föld Nappal átellenes oldalán működve szisztematikusan méri fel az égboltot. Fő célja a Tejútrendszer háromdimenziós térképének összeállítása. Ehhez igen pontos pozícióméréseket végez, másrészt több hullámhosszon méri a csillagok fényességét is. A Gaia második katalógusában már szinte elképzelhetetlenül nagy számú, mintegy 1,7 milliárd objektum adatai szerepelnek.

Az új, hatalmas adatbázisból minden eddiginél több objektum figyelembe vételével felrajzolható a csillagokkal kapcsolatos legalapvetőbb grafikon, a Hertzsprung–Russell-diagram (HRD). Ennek vízszintes tengelyén a csillagok színével (vagy másképpen fogalmazva a felszíni hőmérsékletével), a függőlegesen az abszolút fényességükkel (sugárzási teljesítményükkel) kapcsolatos mennyiségeket ábrázolják. A csillagok működésének fizikai törvényszerűségei miatt az egyes objektumok nem akárhol helyezkedhetnek el a HRD-n. Az egyes csillagok a keletkezésüktől a kihunyásukig vezető úton különböző régiókat járnak be, attól is függően, hogy kialakulásukkor mekkora anyagtömeg sűrűsödött össze bennük. (A nagyobbak látványos szupernóva-robbanásban végzik, a kisebbek üzemanyagkészletük lassú kimerülésével fehér törpékké válnak.) A legnépesebb régió a diagramon az átlósan látszó fősorozat. A csillagok itt töltik el életük során a leghosszabb időt, amíg energiatermelésüket a hidrogén atommagok fúziójából fedezik. Mivel a HRD egyfajta pillanatfelvétele a csillagfejlődésnek, ezért a fősorozat mentén található a legtöbb csillag.

A Gaia második adatbázisának Hertzsprung–Russell-diagramját több mint 4 milló, a Nap 5000 fényéves sugarú környezetében található csillag adatai alapján állították össze. A fősorozat (Main sequence) mellett feltűnő az ún. óriáság (Giant branch) és a fehér törpék által benépesített régió (White dwarfs). (Kép: Gaia DPAC / Carine Babusiaux / IPAG – Université Grenoble Alpes / GEPI – Observatoire de Paris)

A több mint egy évszázada felfedezett diagram azóta is a csillagok kutatásának egyik legfontosabb eszköze. A fizikai modelleknek tudniuk kell reprodukálni az ott látottakat. A Gaia adatai alapján most egy amerikai vezetésű kutatócsoport olyasmit vett észre a HRD fősorozatán, amit eddig még senki: a közepén keresztülhúzódik egy majdnem vízszintes rés. Vagyis bizonyos jól meghatározott, a felszíni hőmérséklettől alig függő fényességnél nem (pontosabban nem olyan nagy számban) fordulnak elő a csillagok. A felismerést az adatpontok nagy száma tette lehetővé, ezek a korábbiaknál sokkal sűrűbben pöttyözik tele a HRD-t. Cikkük az Astrophysical Journal Letters folyóiratban jelent meg.

A Gaia HRD fősorozatába „belenagyítva” feltűnik a 10 magnitúdós abszolút fényesség körül megjelenő rés. (Kép: Wei-Chun Jao et al. 2018)

Hogy a „rést” a fősorozaton mi okozza, arról egyelőre nincsenek teljesen kidolgozott elképzelések. Az esetleges mérési hibát mindenesetre kizárták, hiszen más felmérés adataiban is felismerték a jelenséget. Feltételezhető, hogy a hideg és halvány törpecsillagok fejlődésében van egy átmenet. A leghidegebb ún. M törpecsillagok különlegessége, hogy lényegében az egész belső részük konvekciós mozgásban van, valahogy úgy, mint a forró víz a fazékban. Ezzel szemben a nagyobb M törpék esetén a csillag legbelső részéből a hő sugárzás formájában jut kijjebb, és csak egy külső héjban veszi át ezt a szerepet a konvekció. (Valahogy így történik egyébként a saját Napunk belsejében is.)

A teljesen és részben konvektív csillagbelsők szemléltetése. A kis tömegű M törpecsillagok teljesen konvektívek (balra), a nagyobbaknál a legsűrűbb központi magban sugárzási energiaáramlás a jellemző. (Kép: Wikimedia Commons)

A két típus közötti átmenet nagyjából a Nap tömegének egyharmadát kitevő csillagoknál követketzik be. Márpedig a HRD fősorozatán felfedezett rés pont ezeknek a csillagoknak felel meg. A legtöbb csillagfejlődési modell folyamatos átmenetet jósol a két típus között, de van olyan is, amelyik nem, így meglehet, hogy a magyarázat készen is áll. Egy időközben napvilágot látott másik tanulmány szerint a rés oka végső soron az, hogy a csillag belső szerkezete kihatással van annak fényességére. A konvektív csillagbelsőkben jobban elkeverednek a fúziós magreakciók termékei, így hatékonyabban tud működni a hidrogén fúziója, folyamatosan növekszik a csillag által kisugárzott teljesítmény. A nagyobb törpék kevésbé hatékony fúziós reaktorok, fényességük viszonylag állandó. A két jelenség kombinációja vezet a HRD-n a rés megjelenéséhez. Számos kérdés azonban még további kutatásokat igényel, például hogy mi a csillagok pontos anyagi összetételének, forgási sebességének vagy mágneses terének szerepe a jelenségben.