Szerzõ: Kovács József | 2007. november 28., szerda
Egy nemzetközi kutatócsoport tisztán szénbõl álló légkörû fehér törpéket fedezett fel, amelyek különleges csillagfejlõdés végtermékei lehetnek.
Ezek a égitestek valószínûleg olyan fejlõdési utat jártak be, ami eddig nem szerepelt a csillagok életét leíró modellek között. Lehetséges, hogy olyan csillagok végállapotait jelzik, melyek ugyan nem voltak elég nagy tömegûek szupernóvaként való szétrobbanáshoz, de nem is voltak túl messze a szükséges tömeghatártól.
A hélium égésével járó termonukleáris reakciók "hamuja" szén és oxigén. Azon csillagokból, melyek tömege nem elegendõ ahhoz, hogy életüket szupernóvaként fejezzék be, a nukleáris üzemanyag elfogyta után fehér törpe keletkezik. Utóbbi objektumok sûrûsége nagyon nagy, mivel a Földdel összemérhetõ térfogatba naptömegnyi anyag zsúfolódik. A ma elfogadott modellek szerint a legtöbb fehér törpe magja szénbõl és oxigénbõl áll, ezt azonban elfedi elõlünk a csillag hidrogént és héliumot tartalmazó légköre. Ennek fényében senki sem számított arra, hogy egy fehér törpe atmoszférája tisztán szénbõl is állhat.
Fantáziarajz a H1504+65 fehér törpe felszínérõl.
(Lunarismaar/M.S. Sliwinski és L.I. Sliwinska)
Patrick Dufour, az arizonai Steward Obszervatórium kutatója és kanadai, illetve francia munkatársai azonban találtak olyan fehér törpéket, melyek légkörében nem mutatható ki a Világegyetem két leggyakoribb eleme, a hidrogén és hélium. Az objektumokat a Sloan égboltfelmérés (SDSS, Sloan Digitized Sky Survey) keretében felfedezett körülbelül tízezer új fehér törpe között azonosították. (Az SDSS egyébként megnégyszerezte az összesen ismert fehér törpék számát!)
A kutatócsoport egyik tagja, James Liebert, 2003-ban néhány tucat olyan fehér törpét talált a mintában, melyek színképük alapján fõleg héliumból és szénbõl állónak tûnnek. A DQ spektráltípusba tartozó objektumokról úgy gondolják, hogy a héliumhéjban mûködõ konvekció (a csillag anyagának le-föl irányuló nagyléptékû áramlása) hatására jut ki a szén a belsõ szén-oxigén magból.
Dufour még a montreali egyetemen kidolgozott egy számítógépes kódot a hideg, 5000 és 12000 K közötti hõmérsékletû DQ típusú fehér törpék légkörének modellezésére. A Steward Obszervatóriumba kerülve továbbfejlesztette a programot a forróbb fehér törpék modellezésére is, egészen 24000 K-ig. A kód futtatása során azonban a várakozásokkal ellentétben azt tapasztalta, hogy a forró csillagok esetében nem sikerül a modell eredményeit az SDSS adataival összhangba hozni, még akkor sem, ha a modellekben növelte a szén gyakoriságát. A kudarc hatására aztán úgy döntött, hogy megpróbálkozik egy olyan dologgal, amivel addig még senki sem: egy tisztán szenet tartalmazó légkör modellezésével, ami meglepetésére remekül mûködött is, segítségével jól visszaadhatók a megfigyelt színképi jellegzetességek.
Dufour és kollégái a Sloan adatbázisban talált, s eddig ellenõrzött körülbelül 200 fehér törpe közül nyolc esetében mutatták ki, hogy az atmoszférát a szén dominálja. Ezen csillagok hõmérséklete 18000 és 23000 K közötti, s ez egyelõre fejtörésre adhat okot, hiszen túl magas a szén korábban említett felkeveredéses feldúsulásához a légkörben. A jelenség magyarázatára valami más megközelítés szükséges.
A kutatók elképzelése szerint ezek a csillagok a John Nousek (Penn State University) és Liebert által már 1986-ban leírt, jóval forróbb, H1504+65 katalógusjelû objektumhoz hasonló csillagokból alakultak ki. Ha ez így van, akkor a szénlégkörrel fedett objektumok a csillagfejlõdés eddig ismeretlen útját reprezentálják. A H1504+65 egyébként egy nagyon forró, kb. 200 ezer K hõmérsékletû csillag. Az elképzelések szerint ez a csillag korábbi fejlõdése során valamilyen módon "megszabadult" az összes hidrogénjétõl, majdnem az egész héliumtartalmától, s gyakorlatilag csak a csupasz magja maradt, aminek felszínén nagyjából egyenlõ arányban szén és oxigén figyelhetõ meg. Dufour szerint a H1504+65-höz hasonló csillagok hûlésekor az elemek sûrûség szerint szeparálódnak, így szétválik a szén, az oxigén és a maradék hélium. 25000 K felett ez a kevés hélium felemelkedik, s egy vékony héjat alkot a sokkal nagyobb tömegû szénburok felett. Ekkor a csillag héliumlégkörû fehér törpeként azonosítható. 18000 és 23000 K között azonban a szénhéjbeli konvekció valószínûleg felhigítja a vékony héliumhéjat. Ezen a hõmérsékleten a szénnél nehezebb oxigén nagy valószínûséggel olyan mélységbe süllyed, ahonnan a konvekció már nem tudja felkeverni. Egy 1999-es eredmény szerint a 9 és 11 naptömeg közötti csillagok legvalószínûbb végállapota egy fehér törpe, melynek oxigén-magnézium-neon magját fõleg szénbõl és oxigénbõl álló légkör veszi körül. Úgy tûnik, ezt most Dufour és kollégái modelljei is megerõsítik. Az ennél nagyobb tömegû csillagok szupernóvaként robbannak, de a tömeghatár még rendkívül bizonytalan. Pontosításához Dufourék a 6,5 méteres MMT teleszkóppal (Mount Hopkins, Arizona) további észleléseket terveznek.
Az eredményekrõl részletesen beszámoló szakcikk a Nature c. folyóirat 2007. november 22-i számában jelent meg.