Bolygók vagy csillagok maradványai-e a fehér törpék porkorongjai?
2007. április 24., kedd
A közelmúltban két kutatócsoport is azt vizsgálta, milyen folyamatok vezethetnek fehér törpék körül talált porkorongok kialakulásához.
A fehér törpék a kb. 8 naptömegnél kisebb kezdeti tömegû csillagok végállapotai. Inaktívak, nukleáris energiatermelés már egyáltalán nem zajlik bennük. Magjuk oxigénbõl és szénbõl (vagy nagyobb tömegû objektumok esetén oxigénbõl és neonból) áll, a külsõ rétegek ugyanakkor fõként héliumot vagy hidrogént tartalmaznak.
A magányos fehér törpék élete igencsak "unalmasnak" tûnik: felgyülemlett energiájukat évmilliárdok alatt sugározzák ki, míg végül teljesen elhalványulnak. Ha azonban a létrejövõ fehér törpe egy óriáscsillagot is tartalmazó kettõs rendszer tagja, a vég már korántsem lesz ennyire nyugodt. A másik csillagról ugyanis folyamatosan anyag áramlik át a fehér törpére, mely a kb. 1,4 naptömegnyi Chandrasekhar-határtömeg elérésekor összezuhan, s szupernóvaként felrobban.
Az utóbbi évek vizsgálatai azonban arra utalnak, hogy a magányos fehér törpék élete sem teljesen egyhangú (lásd korábbi cikkeinket: Egy fehér törpe porkorongja, Bolygókeletkezés egy fehér törpe körül). Egyre több "halott" csillag körül találnak például porkorongokat (melyekrõl korábban azt hitték, hogy - a bolygórendszerek elõzményeiként - csak a fiatal csillagokra jellemzõek), illetve a Naprendszerünkben lévõ kisbolygóövhöz hasonló képzõdményeket. A koronggal rendelkezõ fehér törpék vizsgálata fontos lépcsõfok lehet a Napunkhoz hasonló csillagok fejlõdésének, valamint Naprendszerünk jövõjének kutatásában.
M. Jura (University of California) és munkatársai 11 fehér törpét vizsgáltak a Spitzer Ûrtávcsõ mûszereivel. A kiválasztott objektumok közös jellemzõje, hogy korábbi, spektroszkópiai mérések során fémvonalakat (azaz a héliumnál nagyobb rendszámú elemek nyomait) találtak a színképükben. Ez azért számít különleges esetnek, mert a nehezebb elemek igen rövid idõ (a hidrogénben gazdag fehér törpéknél néhány száz, míg a fõként héliumot tartalmazó társaik esetén néhány tízezer-százezer év) alatt lesüllyednek a csillag látható, felszíni tartománya alá - azaz a fémnyomokat mutató fehér törpék felszínére valószínûleg jelenleg is áramlik a nehezebb elemekben dús anyag. Ez egy csillag körüli (ún. akkréciós) porkorong segítségével valósulhat meg, mely egy korábbi bolygórendszer maradványa lehet. A jelenlegi elméletek szerint a legjobb magyarázat a megfigyelt fémfeldúsulásokra egy bolygó- vagy aszteroida-szerû test, mely - túl közel kerülve a fehér törpéhez - az erõs árapály-erõk hatására feldarabolódott, maradványai pedig a csillag körüli korongba kerültek.
Jura és kollégái a porkorongokból származó infravörös többletsugárzás jeleit keresték a fotometriai adatsorokban. Az adatok feldolgozása és a modellszámítások elvégzése után három fehér törpe (GD 40, GD 133, PG 1015+161) esetében sikerült a kimutatott infravörös többletsugárzást egyértelmûen egy csillag körüli porkorong jelenlétére visszavezetni. A GD 40 esetében a szénatomok relatíve kisebb arányát a kutatók egy fõleg szilikátvegyületeket tartalmazó (ún. kondritos), szénben szegény aszteroida feldarabolódásával magyarázták. Egy negyedik objektumnál (GD 56) is detektáltak infravörös többletet, de ennél a csillagnál a modellszámítások egyelõre nem adták vissza egy porkorong lehetséges fizikai paramétereit. A többi, fémvonalakat mutató fehér törpénél viszont egyáltalán nem volt jele infravörös többletsugárzásnak. A kutatócsoport tagjai ezt porból és gázból álló, kevésbé sûrû korongok jelenlétével magyarázták - azonban ez a kérdés még nem teljesen tisztázott.
A fentebb taglalt eredményeknek némiképp ellentmondhat egy másik kutatócsoport vizsgálata. E. Garcia-Berro (Universitat Politecnica de Catalunya) és munkatársai egy régóta ismert, porkoronggal rendelkezõ fehér törpét, a GD 362-t tanulmányozták. Számításaik alapján elképzelhetõ, hogy az ilyen típusú csillagok korongjai, illetve a színképükben kimutatható fémvonalak nem bolygótestek feldarabolódása során keletkeztek. Alternatív megoldásként egy még egzotikusabb folyamatot, két fehér törpe összeolvadását javasolták. Korábbi tanulmányok is foglalkoztak már hasonló kettõs rendszerek kialakulásának és egyesülésének lehetõségével (lásd cikkünket: Degenerált csillagok furcsa leszármazottai), azonban a csillagok körüli korongok létrejöttének okaként még nem szerepelt ez a magyarázat.
A GD 362 és porkorongjának mérete, összehasonlítva a Föld és a Szaturnusz méretével
(forrás: UCLA)
A kutatók elmélete szerint a GD 362 korábban egy két fehér törpét tartalmazó rendszer volt; a kisebbik komponens azonban idõvel szétszakadt, és anyagából akkréciós korong alakult ki a nagyobb csillag körül. A heves folyamat során a hõmérséklet ideiglenesen megközelítette az 1 milliárd Kelvint, ami elég volt a nehezebb elemek keletkezéséhez. A számítások alapján a megfigyelt fémtartalom akkor alakulhatott ki, ha a két komponens jelentõs mennyiségû héliumot tartalmazott - a spektroszkópiai adatok viszont egyértelmûen arra utaltak, hogy a GD 362 felszíni rétegeiben a hidrogén dominál. Garcia-Berro és kollégái azzal oldották fel a látszólagos ellentmondást, hogy az objektum relatíve alacsony felszíni hõmérséklete (T = 9740 ± 50 K) miatt a színképében igen nehéz detektálni a héliumvonalakat - azaz a hidrogén-hélium arány valós értéke igencsak bizonytalan. A modellezések során ezért ez az érték szabad paraméterként szerepelt, s így sikerült jónak tûnõ fizikai modelleket felállítani.
Az eredmények jól visszaadták a megfigyelt elemgyakoriságokat és a porkorongból származó infravörös sugárzás mértékét. Sikerült tehát egy teljesen új elméleti modellel leírni egy fehér törpe porkorongjának kialakulását, kiiktatva a külsõ folyamatok (bolygótestek, aszteroidák feldarabolódása) hatását. Ugyanakkor meg kell jegyezni (ahogy ezt a szerzõk is megtették), hogy a számítások szerint a kettõs fehér törpék összeolvadása igen ritka esemény (Tejútrendszerünkben átlagosan száz évente egyszer következik be), azaz nem jelenthet kizárólagos magyarázatot a porkorongok létére.