Egy magyar vezetésű kutatócsoport új magyarázatot talált az üstökösökben található szilikátkristályok keletkezésére. A Nature május 14-i számában megjelenő vizsgálat egyben új fényt vet a bolygókeletkezés korai fázisaira.
A magyar, német és holland kutatóintézetek munkatársaiból szerveződött kutatócsoport tagjai megfigyelték, amint egy fiatal csillag kitörésének következtében a szilikátszemcsék kristályokká alakulnak át. A gyakran kifényesedő EX Lupi csillag 2008. évi kitörése során a Spitzer űrtávcsővel olyan színképi jellegzetességeket fedeztek fel a csillag infravörös sugárzásában, amelyek az égitestet körülvevő por- és gázkorong felszínén szilikátkristályok jelenlétére utaltak. Ez azért meglepő, mert a csillag környezetéről nyugalmi állapotban készült korábbi mérési adatok nem jelezték kristályos anyag létezését.
„Tudomásunk szerint ez az első eset, hogy közvetlenül megfigyelhettük a kristályképződés folyamatát” – mondja Juhász Attila, a heidelbergi Max-Planck-Institut für Astronomie doktorandusza. „Úgy gondoljuk, hogy a kristályok apró amorf porszemcsék felhevítésével jöhettek létre a csillagkörüli korong belső részének felszínén a kitörésből származó hő hatására. Ez egy teljesen új forgatókönyv arra, hogy keletkezhetnek ezek az anyagok."
A hevítés során egy bizonyos hőmérséklet felett az amorf anyagban felbomlanak a kötések, helyettük újak alakulnak ki, és a folyamat során megváltoznak az anyag fizikai tulajdonságai. Ez az egyik módja annak, hogy a szilikát por átkristályosodjon.
A kutatóknak korábban kétféle elképzelésük volt arról, hogy hő hatására hogyan jöhetnek létre az üstökösökben és a fiatal csillagok korongjában megfigyelhető kristályok. Egyrészt ha sokáig vannak hőhatásnak kitéve egy újszülött csillag forró környezetében, akkor a por egy része a korong belső részén átkristályosodhat. Másrészt a korongban mozgó nagyobb égitestek lökéshullámokat kelthetnek, amelyek képesek az útjukba eső porszemcséket rövid időre a kristályosodáshoz szükséges magas hőmérsékletre fűteni, utána viszont a szemcsék gyorsan visszahűlnek korábbi hőmérsékletükre.
Amit Juhász és munkatársai megfigyeltek az EX Lupi környezetében, az nem illeszkedik egyik forgatókönyvbe sem. „Arra a következtetésre jutottunk, hogy ez egy harmadik, eddig ismeretlen lehetőség arra, hogy hevítés hatására szilikát kristályok jöjjenek létre egy csillagkörüli korongban” – teszi hozzá Ábrahám Péter, az MTA KTM Csillagászati Kutatóintézet tudományos tanácsadója.
Az EX Lupi sok szempontból hasonlít arra, amilyen a Nap lehetett 4-5 milliárd évvel ezelőtt. A csillag néhány évente rendszeresen kifényesedik, ami azzal magyarázható, hogy a csillagkörüli korong belső peremén fokozatosan felhalmozódó anyag rövid idő alatt rázúdul a csillagra. A kifényesedések mértéke változhat, az egészen nagy kitörések azonban, mint a 2008-as, csak körülbelül 50 évenként követik egymást.
Fantáziarajz az EX Lupi körüli por- és gázkorongról (forrás: NASA/JPL - Caltech). A központi fiatal csillagra anyag hullik be a korongból és a felszabaduló energia felfűti a csillagot, illetve annak közvetlen környezetetét. Ahol a korongban a hőmérséklet 900°C fölé emelkedik, a korong felszínén található amorf szerkezetű porszemcsék átkristályosodnak.
A kutatócsoport kezdeményezésére 2008 áprilisában felvétel készült az EX Lupi-ról a Spitzer űrtávcső infravörös színképelemző berendezésével. Bár a csillag már halványodott januári, a kitörés csúcsán mért fényességéhez képest, még mindig harmincszor fényesebb volt, mint nyugalomban. Amikor az új színképet összehasonlították a csillagról 2005-ben készített nyugalmi Spitzer méréssel, a változások szembeötlőek voltak.
2005-ben a csillag korongjának felszínét amorf szerkezetű szilikát por alkotta. 2008-ban azonban a színkép az amorf porszemcséken kívül szilikát kristályok jelenlétét is kimutatta. A kristály valószínűleg forszterit, mely gyakran megtalálható üstökösökben és fiatal csillagok körüli korongokban is. A színkép alapján a kristályok forróak, mely azt bizonyítja hogy magas hőmérsékleten alakultak ki. Biztosra vehető azonban, hogy nem lökéshullám hatására keletkeztek, ebben az esetben ugyanis már sokkal hidegebbek lennének, mint azt a 2008-ban megfigyelt színképük sugallja.
„A kitörés során az EX Lupi körülbelül százszor lett fényesebb" - mondja Juhász. ,,A kristályok a korong felső rétegében jöttek létre, de csak a csillagtól olyan távolságra, ahol a hőmérséklet 700 és 1200 °C közé esik. Ebben a tartományban a hőmérséklet elég magas volt ahhoz, hogy a szilikátszemcsék átkristályosodjanak, de még nem párologtak el. Az a tartomány, ahol a kristályok keletkeztek, megfeleltethető annak, ahol a Föld típusú bolygók elhelyezkednek Naprendszerünkben."
Egy újabb rejtélyre is felhívják a szerzők a figyelmet. Az EX Lupinak 1955-56-ban volt egy, a 2008-ashoz hasonló hatalmas kitörése. Valószínű, hogy akkor is keletkezhettek kristályok a korong felszínén, de vajon mi történhetett velük? 2005-re, vagyis keletkezésük után csupán ötven évvel vagy megsemmisültek vagy lekeveredtek a korong mélyebb rétegeibe.
„Ez az első alkalom, hogy közvetlenül megfigyelhettük az üstökösökben és meteoritokban található kristályos szilikátok keletkezését" – összegzi a kutatási eredményeket Michael Werner, a Spitzer projektvezető kutatója a NASA Jet Propulsion Laboratory-ból (Pasadena, Kalifornia). Amit ma látunk az üstökösökben, az a fiatal Nap ismétlődő kitöréseinek tüzében keletkezhetett.
A kutatás eredményeit a Nature c. folyóirat május 14-i száma közli.
Forrás: Spitzer News Release
További információk:
- Juhász Attila, Max-Planck-Institut für Astronomie, Tel.: +49 6221 528 328, Fax.: +49 6221 538 346, E-mail: juhasz AT mpia-hd.mpg.de (média kapcsolattartó)
- Ábrahám Péter, MTA Konkoly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézete, Tel.: +36 1 391 9323, Fax: +36 1 275 4668, E-mail: abraham AT konkoly.hu
- Whitney Calvin, Jet Propulsion Laboratory / Spitzer Science Center, Pasadena, California, Tel.: +1 818 354 4673, E-mail: whitney.calvin AT jpl.nasa.gov
