Az öregedés jeleit mutatták ki magyar és ausztrál csillagászok egy vörös óriáscsillagnál

Az MTA Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (CSFK) munkatársainak sikerült az öregedés jeleit kimutatniuk egy vörös óriáscsillagnál. A kutatók által vizsgált Kis Medve csillagképben található égitest hamarosan 1,2 milliárd éves élete végére ér, és éppen utolsó nukleáris „csuklásait”, termális pulzusait éli át.

A Magyar Tudományos Akadémia (MTA) honlapján olvasható beszámoló szerint a csillagok élete nagyon lassan telik, a legtöbbször túl lassan ahhoz, hogy emberi léptékkel észlelhető legyen az idő múlása egy-egy égitestnél. Ez alól legfeljebb a szupernóva-robbanások kivételek, de a legtöbb csillag sosem válik szupernóvává. A Naphoz hasonló csillagok jóval csendesebben érik el életük végét: néhány milliárd év után vörös óriáscsillaggá, majd végül planetáris köddé válnak, egy apró fehér törpecsillagot hátrahagyva. Ezt a történetet a csillagászok sok-sok különböző korú csillag megfigyeléséből és csillagmodellek kiszámolásából állították össze. Ugyanakkor nagyon nehéz ténylegesen is bebizonyítani, hogy egy-egy csillag valóban követi-e ezt az „átlagos” életutat.

A CSFK Csillagászati Intézetének munkatársai, Molnár László és Kiss László, az Australian National University posztdoktor kutatójával, Meridith Joyce-szal közös munkájukban azonban bizonyítékot találtak erre, kihasználva a kisebb csillagok életének vége felé zajló események láncolatát.

Mint írják, a vörös óriástól a fehér törpe fázisig tartó, utolsó néhány millió év során a csillag már nem termel stabilan energiát. Időnként lökésszerűen megugrik a belsejében a magfúzió: ezek a „csuklások”, a termális pulzusok jelentős változásokat okoznak a csillag méretében és fényességében is, ráadásul nagyon gyorsan, évszázadok-évezredek alatt lezajlanak. Vagyis egy-egy ilyen termális pulzus akár észre is vehető néhány emberöltő alatt, ehhez azonban tudni kell hol és hogyan keressék a nyomait.

Az azonosításban nagy segítséget jelent, hogy ezek az öreg csillagok egyben változócsillagok is. A bennük gerjesztődő hanghullámok hatására pulzálnak is, vagyis ciklikusan összehúzódnak és tágulnak, egy év körüli periódusokkal. Ezeket a lassú, de nagyon feltűnő fényváltozásokat számos változócsillagban, köztük a T Ursae Minoris (T UMi) nevűben is már több mint egy évszázada nyomon követik profi és amatőr csillagászok. A névbeli hasonlóság ellenére két különböző jelenségről van szó, és a pulzáció az a nyomjelző, ami elárulhatja a termális pulzus beindulását. Ahogy ugyanis a csillag zsugorodni kezd, a hanghullámok hamarabb átérnek rajta, lerövidítve ezeket az éves ciklusokat.

A T UMi sokáig egy volt a számtalan másik változócsillag közül, de aztán, az 1980-as években rohamosan elkezdett csökkenni a periódusa. Ezt a gyors változást már a 2000-es évek elején összefüggésbe hozták egy esetleges termális pulzussal szegedi csillagászok, Szatmáry Károly, Kiss László és Bebesi Zsófia, de csak az utóbbi években jelentek meg olyan csillagfejlődési modellek, amelyek már alkalmasak arra, hogy segítségükkel a kutatók kellő pontossággal végigszámolhassák az eseményeket.

A magyar kutatók már régóta tervezték, hogy újabb adatok és fejlettebb eszközök segítségével ismét megvizsgálják a csillagot. Az utóbbi tíz évben gyűjtött megfigyelések kulcsfontosságúnak bizonyultak: kiderült, hogy egy második pulzáció is megjelent a csillagban. A két különböző hanghullám és elhangolódásuk megfigyelése a csillag zsugorodása során lehetővé tette, hogy sokkal pontosabban meghatározhassák, milyen csillaggal is van dolguk.

A részletes fizikai modellezés kivitelezéséhez csatlakozott Meridith Joyce. Az együttműködés keretében a rendelkezésre álló legfejlettebb csillagfejlődési és pulzációs numerikus kódok segítségével reprodukálták a T UMi viselkedését. A feladat bonyolultságát jól mutatja, hogy a csillagmodelleket arra találták ki, hogy a csillagok évmilliárdokban mért fejlődését kövesse végig, azt viszont 5-10 éves pontossággal kellett meghatározni, pontosan mikor számolják ki ez alatt az idő alatt a pulzációs periódusokat.

De a modellszámítások végül sikeresen igazolták, hogy a T UMi éppen egy termális pulzuson megy át, és az is kiderült, hogy a csillag a Nap tömegének kétszeresével született meg 1,2 milliárd évvel ezelőtt. Ez idáig messze a legpontosabb kor- és tömegbecslés egy ilyen, élete vége felé járó, egyedülálló csillagra.

A részletes modelleknek köszönhetően pedig nemcsak a csillag múltját, hanem a közeljövőjét is meg lehet jósolni: a kutatók arra jutottak, hogy a pulzus miatti zsugorodás összesen 80-100 évig, tehát még további 40-60 évig fog tartani, mielőtt a csillag mérete újra növekedni kezdene.

Ráadásul a csillag vélhetően már az utolsó termális pulzusainál jár, és néhány tíz- vagy százezer éven belül fehér törpévé fog válni.

A termális pulzus közvetlen megfigyelése nem csak azért fontos, hogy tesztelni lehessen a csillagok fejlődését leíró modelleket. Ezek az események ugyanis az egész univerzumot gazdagítják. Több könnyű és nehéz elem, mint a szén és nitrogén vagy az ón és ólom, nem szupernóvákban, hanem a T UMi-hoz hasonló, öreg csillagok mélyén keletkezik.

Onnan egy-egy termális pulzus során keveredik fel a csillag felszínére, majd pedig apró porszemekké összeállva tud távozni a csillagszéllel. Ezek a porszemek később bekerülhetnek a csillagok következő generációjának építőanyagába, amiből a csillagok körüli bolygók keletkezhetnek, és azokon szénalapú élet is létrejöhet – olvasható a pénteken közzétett beszámolóban.

Az eredményeket bemutató szakcikk az Astrophysical Journal szakfolyóiratban jelent meg, szabadon olvasható változata elérhető az arXiv dokumentumgyűjteményben.