2017.03.03. - Új tá­vol­ság­ada­tok raj­zol­hat­ják át a HRD leg­fel­ső ré­szét

A Ga­ia űr­szon­da mé­ré­sei alap­ján a fé­nyes kék vál­to­zók pro­to­tí­pu­sá­nak te­kint­he­tő AG Car tá­vol­sá­ga csak har­ma­da az ed­dig fel­té­te­le­zett­nek, ez pe­dig meg­kér­dő­je­lez­he­ti a csil­lag­tí­pus­sal kap­cso­la­tos ed­di­gi el­kép­ze­lé­se­ket is.

Az ún. fé­nyes kék vál­to­zók (Lu­mi­no­us Blue Va­ri­a­b­les, LBVs), il­let­ve az ese­tük­ben meg­fi­gyel­he­tő na­gyon in­ten­zív tö­meg­vesz­tés az el­kép­ze­lé­sek sze­rint a nagy tö­me­gű csil­la­gok fej­lő­dé­sé­nek egyik fon­tos fá­zi­sát je­len­tik, bár a fej­lő­dé­si so­ro­zat­ban el­fog­lalt pon­tos sze­re­pük és az in­sta­bi­li­tá­suk oka(i) még vi­ta tár­gyát ké­pe­zik. Utób­bi meg­ér­té­sé­hez óri­á­si lu­mi­no­zi­tá­suk szol­gál­tat­hat­ja a kul­csot, ez azon­ban erő­sen függ az ob­jek­tu­mok tá­vol­sá­gá­tól, ami sok eset­ben na­gyon bi­zony­ta­lan. A Tej­út­rend­szer­ben az LBV-k ti­pi­kus kép­vi­se­lői az AG Car, a HR Car és a HD 168607 csil­la­gok, de va­ló­szí­nű­leg a Hen 3-519 ka­ta­ló­gus­je­lű ob­jek­tum is eb­be a cso­port­ba tar­to­zik. Nat­han Smith (Stew­ard Ob­ser­va­to­ry, Uni­ver­sity of Ari­zo­na) és Ke­ivan G. Stas­sun (Van­der­bilt Uni­ver­sity, Fisk Uni­ver­sity) a Ga­ia aszt­ro­met­ri­ai űr­szon­da el­ső pub­li­kus adat­bá­zi­sa (Da­ta Re­le­a­se #1, DR1) alap­ján meg­ha­tá­roz­ta mind a négy ob­jek­tum tá­vol­sá­gát. A HR Car és a HD 168607 ese­té­ben azt kap­ták, hogy az el­fo­gad­ha­tó hi­bán be­lül meg­egye­zik a ko­ráb­bi iro­dal­mi ada­tok­kal, a Hen 3-519 és az AG Car ese­té­ben azon­ban az új tá­vol­ság mind­össze 2 kpc kö­rü­li, ami csak har­ma­da az ed­dig fel­té­te­le­zett 6-8 kpc adat­nak. A ki­sebb tá­vol­sá­gok ter­mé­sze­te­sen sok­kal ki­sebb ab­szo­lút fé­nyes­ség­nek, az­az va­ló­di lu­mi­no­zi­tás­nak fe­lel­nek meg, így a Hen 3-519 a HRD-n (Hertzsprung–Rus­sel-di­ag­ram) messze ke­rült at­tól a hely­től, ahol az LBV-k van­nak. A majd­nem ti­ze­dé­re csök­kent lu­mi­no­zi­tás­nak kö­szön­he­tő­en a klasszi­kus LBV-k pro­to­tí­pu­sá­nak te­kin­tett AG Car is le­ke­rült az ún. S Dor in­sta­bi­li­tá­si sáv­ról. A ki­sebb lu­mi­no­zi­tá­sok mind­két csil­lag ese­té­ben azt is je­len­tik, hogy egy­részt az ed­di­gi el­kép­ze­lé­sek­kel el­len­tét­ben azok még­is át­es­het­tek a vö­rös szu­per­óri­ás fej­lő­dé­si fá­zi­son, más­részt a ko­ráb­ban le­do­bott anyag al­kot­ta bu­rok tö­me­ge is ki­sebb. Kü­lön­le­ges tu­laj­don­sá­ga­i­kat va­ló­szí­nű­leg ket­tős rend­szer­be­li fej­lő­dés ma­gya­ráz­hat­ja majd, de új­ra kell ér­té­kel­ni azo­kat a mo­del­le­ket is, ame­lyek a fé­nyes kék vál­to­zó­kat po­ten­ci­á­lis szu­per­nó­va-je­löl­tek­nek te­kin­tik. A Ga­ia má­so­dik pub­li­kus adat­bá­zi­sá­ban (DR2) to­váb­bi LBV-k, il­let­ve pon­to­sabb tá­vol­ság­ada­tok is meg­je­len­nek majd. Az AG Car és a Hen 3-519 ese­te min­de­set­re már most jel­zi, hogy az újabb esz­kö­zök­kel el­vé­gez­he­tő pon­to­sabb mé­ré­sek alap­ja­i­ban ren­dít­he­tik meg a fé­nyes kék vál­to­zók­ról az utób­bi har­minc év ku­ta­tá­sai alap­ján ki­ala­kult ha­gyo­má­nyos ké­pet.

LBV-k a Tej­út­rend­sze­ren kí­vül a Kis és Nagy Mag­el­lán-fel­hők­ben (SMC/LMC) is elő­for­dul­nak, ez­zel az el­ne­ve­zés­sel elő­ször az 1980-as évek kö­ze­pén fog­lal­ták cso­port­ba az ad­dig is­mert ob­jek­tu­mo­kat. Az 1990-es évek kö­ze­pé­re nagy­já­ból a tí­pust jel­lem­ző leg­fon­to­sabb tu­laj­don­sá­gok is kör­vo­na­la­zód­tak:

1. Az LBV-ál­la­pot egy rö­vid át­me­ne­ti fá­zis a leg­na­gyobb tö­me­gű csil­la­gok fej­lő­dé­sé­ben, még­pe­dig a fő­so­ro­za­ti O szín­kép­tí­pus és a hid­ro­gén­sze­gény WR-fá­zis (Wolf-Ra­yet csil­la­gok) kö­zött. Mi­vel kez­de­ti tö­me­gük egy ré­szét már el­ve­szí­tet­ték, a mag­juk lu­mi­no­zi­tá­sa pe­dig meg­nőtt, a lu­mi­no­zi­tá­suk tö­meg­hez vi­szo­nyí­tott ará­nya (L/M) nagy, az­az kö­zel van­nak a klasszi­kus Ed­ding­ton-ha­tár­hoz, ami he­ves in­sta­bi­li­tást okoz a bu­rok­ban, és né­ha a gej­zí­rek ki­tö­ré­sé­hez ha­son­ló je­len­tős tö­meg­vesz­té­si ese­mé­nye­ket okoz. Ha az LBV-ket ma­gá­nyos csil­la­gok­nak te­kint­jük, ak­kor az in­ten­zív tö­meg­vesz­tés fon­tos sze­re­pet ját­szik a csil­lag kül­ső, hid­ro­gén­ben gaz­dag ré­te­ge­i­nek el­tá­vo­lí­tá­sá­ban, ami alap­ve­tő fon­tos­sá­gú ah­hoz, hogy WR csil­lag­gá vál­has­son.

2. A vál­to­zá­sok egy ré­sze ál­lan­dó bo­lo­met­ri­kus - az­az a tel­jes hul­lám­hossz-tar­to­mányt ma­gá­ba fog­la­ló - fé­nyes­ség mel­let­ti hő­mér­sék­let-vál­to­zá­sok­ra ve­zet­he­tő vissza. A hi­de­gebb - a lát­ha­tó tar­to­mány­ban fé­nye­sebb - ál­la­pot­ban az in­ten­zív csil­lag­szél­ben ki­ala­ku­ló psze­u­do-fo­to­szfé­ra ve­szi kö­rül a csil­la­got, míg a for­ró - csen­des - fá­zis­ban mind­egyik LBV az S Dor in­sta­bi­li­tá­si sáv­ban he­lyez­ke­dik el a HRD-n.

3. Az in­ten­zív tö­meg­vesz­tés meg­aka­dá­lyoz­za, hogy a fé­nyes kék vál­to­zók a HRD-n a vö­rös irány­ba mo­zog­ja­nak, az­az vö­rös szu­per­óri­ás­sá (Red Su­per­gi­ant, RSG) vál­ja­nak. Ez meg­ma­gya­ráz­za, hogy mi­ért nin­cse­nek a HRD-n vö­rös szu­per­óri­á­sok a log (L/L_⊙) = 5,8 ha­tár fe­lett.

4. Né­hány LBV időn­ként "óri­ás ki­tö­ré­se­ket" pro­du­kál, mi­köz­ben ha­tal­mas tö­me­get ve­szít. (Ilyen volt pél­dá­ul a P Cyg ki­tö­ré­se az 1600-as évek ele­jén, vagy az η Car ki­tö­ré­se az 1830-as évek vé­gén.) Bár van­nak kí­sér­le­tek a je­len­ség oká­nak ma­gya­rá­za­tá­ra, egy­elő­re nem vi­lá­gos, hogy egy ma­gá­nyos csil­lag L/M ará­nya hir­te­len mi­ért vál­to­zik meg úgy, hogy ab­ból az Ed­ding­ton-ha­tá­ron messze túl­lé­pő in­sta­bi­li­tás ke­let­ke­zik. A je­len­tős tö­meg­vesz­tés min­den­eset­re tény, és min­den bi­zonnyal fon­tos sze­re­pet is ját­szik a csil­lag fej­lő­dé­sé­ben.

Az el­múlt két év­ti­zed­ben a té­má­ban vég­zett ku­ta­tá­sok ered­mé­nye­ként a fen­ti pon­tok­ban vá­zolt klasszi­kus kép több ele­me is pon­to­sí­tás­ra szo­rult, eset­leg meg is kér­dő­je­le­ző­dött, az­az a fé­nyes kék vál­to­zók ter­mé­sze­te, a nagy tö­me­gű csil­la­gok fej­lő­dé­sé­ben ját­szott sze­re­pe sok-sok prob­lé­má­val, kér­dés­sel ter­helt, ak­tív ku­ta­tá­si te­rü­let. Smith és Stas­sun eb­be a ko­ránt­sem ál­ló­víz­be ha­jí­tot­tak egy ta­lán min­den ed­di­gi­nél na­gyobb kö­vet az új tá­vol­ság­ada­tok­kal.

Az AG Car és a csil­la­got öve­ző bu­rok a Hubb­le-űr­táv­cső fel­vé­te­lén. A csil­lag ál­tal ko­ráb­ban le­do­bott anyag­ból ál­ló bu­bo­ré­kot a több mil­lió km/h se­bes­sé­gű csil­lag­szél fúj­ja.
[ESA/Hubb­le & NA­SA]

A Ga­ia ren­ge­teg csil­lag­ról szol­gál­tat min­den ed­di­gi­nél pon­to­sabb tá­vol­ság­ada­to­kat, még­pe­dig úgy, hogy né­hány mil­li­o­mod ív­má­sod­perc pon­tos­ság­gal ké­pes mér­ni a pa­ral­la­xi­su­kat, azt a szö­get, amennyi­vel a Föld Nap kö­rü­li ke­rin­gé­sé­nek tü­kör­ké­pe­ként a még tá­vo­lab­bi csil­la­gok al­kot­ta hát­tér­hez ké­pest el­moz­dul­nak. Ha π-vel je­löl­jük ezt a szö­get és ér­té­két ív­má­sod­perc­ben ad­juk meg, ak­kor a csil­lag tá­vol­sá­ga par­szek­ben (pc): d = 1/π. A leg­kö­ze­leb­bi csil­lag, a Pro­xi­ma Centa­u­ri ese­té­ben π = 0,75″, így d = 1,33 pc = 4,34 fény­év.

A HR Car 2,92 ± 2,04 kpc Ga­ia-tá­vol­sá­ga, pon­to­sab­ban an­nak 95%-os fel­ső ha­tá­ra (4,6 kpc) össze­egyez­tet­he­tő az 5 ± 1 kpc iro­dal­mi adat­tal, bár en­nek a csil­lag­nak van egy tág pá­lyán ke­rin­gő fel­ol­dott kí­sé­rő­je, ami kis­sé bo­nyo­lít­ja a pa­ral­la­xis mé­ré­sét. Ha­son­ló a hely­zet a HD 168607 ese­té­ben is. A Car OB1/OB2 je­lű csil­lag­asszo­ci­á­ció tá­vol­sá­ga 2-2,5 kpc, és úgy tű­nik, mint­ha az AG Car is eb­ben len­ne, en­nek el­le­né­re az ed­dig el­fo­ga­dott tá­vol­sá­ga 6,4-6,9 kpc, és csak vé­let­len egy­be­esés­nek gon­dol­ták, hogy ép­pen ab­ban az irány­ban lát­szik, mint a hal­maz. Ez­zel a tá­vol­ság­gal és a lát­szó fé­nyes­sé­gé­vel az AG Car a Tej­út­rend­szer leg­na­gyobb lu­mi­no­zi­tá­sú csil­la­gai kö­zé ke­rült. A Ga­ia-tá­vol­sá­ga azon­ban jó­val ki­sebb, mind­össze 2,50 ± 1,41 kpc, ami­vel már a Car OB1/OB2 asszo­ci­á­ció va­ló­di tag­ja is le­het. A ki­sebb tá­vol­ság és az eb­ből kö­vet­ke­ző jó­val ki­sebb lu­mi­no­zi­tás azon­ban alap­ve­tő­en be­fo­lyá­sol­hat­ja az LBV-kről ed­dig ki­ala­kult ké­pün­ket. Ha­son­ló a hely­zet az AG Car kö­ze­lé­ben meg­fi­gyel­he­tő Hen 3-519 ese­té­ben is, amely­nek ko­ráb­ban 8 kpc-re be­csült tá­vol­sá­ga a Ga­ia mé­ré­sei alap­ján csak 1,26 ± 0,91 kpc. Mind­há­rom ob­jek­tum saj­át­moz­gá­sa 5 mil­li­ív­má­sod­perc éven­te, nyu­gat/észak­nyu­gat irány­ban, az­az a ga­lak­ti­kus sík men­tén. Ez össz­hang­ban van az­zal a Tej­út­rend­szer cent­ru­ma kö­rü­li kör­moz­gás­sal, amit a Nap­rend­szer szom­széd­sá­gá­ban vá­runk. A kö­rül­be­lül 2 kpc tá­vol­sá­guk­kal ezek a csil­la­gok a Car­ina-ág kö­ze­lebb eső ré­szén nagy­já­ból olyan messze van­nak a cent­rum­tól, mint a Nap. Ha a ko­ráb­bi na­gyobb tá­vol­ság­nak meg­fe­le­lő­en a Car­ina-ág má­sik vé­gén len­né­nek, ak­kor a saj­át­moz­gá­suk­nak is ki­sebb­nek kel­le­ne len­ni.

Az AG Car pél­dá­ján ke­resz­tül néz­zük meg, mi­lyen kö­vet­kez­mé­nyei le­het­nek a ki­sebb tá­vol­ság­nak!

1. Ha az AG Car tá­vol­sá­ga csak har­ma­da a ko­ráb­ban fel­té­te­le­zett­nek, ak­kor a lu­mi­no­zi­tá­sa csak ki­len­ce­de az ed­di­gi ér­ték­nek, így a tö­me­ge sem le­het 90-100 M_⊙, ha­nem csak kö­rül­be­lül 25 M_⊙, már ha ma­gá­nyos csil­lag­ról van szó. Ilyen tö­me­gű egye­dül­ál­ló csil­lag a fej­lő­dé­se so­rán nem kö­ze­lí­ti meg az Ed­ding­ton-ha­tárt, ez pe­dig meg­kér­dő­je­le­zi az AG Car in­sta­bi­li­tá­sá­nak és tö­meg­vesz­té­sé­nek, il­let­ve ma­gá­nak az LBV-in­sta­bi­li­tás­nak a vélt okát.

2. Az erő­sen le­csök­kent lu­mi­no­zi­tás mi­att az AG Car messze ke­rült az S Dor in­sta­bi­li­tá­si sáv­tól, bár to­vább­ra is az LBV-k egyik min­ta­pél­dá­nyá­nak te­kint­het­jük. Ez vi­szont azt je­len­ti, hogy az in­sta­bi­li­tá­si sáv ta­lán még­sem annyi­ra egy­ér­tel­mű a HRD-n, mint azt ed­dig gon­dol­tuk, leg­alább­is a Tej­út­rend­szer­ben lé­vő ob­jek­tu­mok ese­té­ben. A Mag­el­lán-fel­hők­ben ta­lál­ha­tó fé­nyes kék vál­to­zók tá­vol­sá­ga sok­kal ke­vés­bé pon­tat­lan - így a hely­ze­tük ki­csit más -, ott vi­szont a jó­val ki­sebb lát­szó fé­nyes­sé­gek ne­he­zí­tik a dol­gun­kat.

3. A log (L/L_⊙) = 5,25 lu­mi­no­zi­tás­nak meg­fe­le­lő 25 M_⊙ kez­de­ti tö­meg­gel (ha ma­gá­nyos csil­lag­ról van szó) már össze­egyez­tet­he­tő az, hogy az AG Car fej­lő­dé­se so­rán át­ment a vö­rös szu­per­óri­ás fá­zi­son. A csil­lag kö­rü­li bu­rok­ban meg­fi­gyel­he­tő por több ko­ráb­bi ta­nul­mány sze­rint is ha­son­lít a nagy tö­me­gű vö­rös szu­per­óri­á­so­kat öve­ző por­bu­rok anya­gá­ra. 35-40 M_⊙ kez­de­ti tö­meg­nek meg­fe­le­lő vö­rös szu­per­óri­á­sok nin­cse­nek, ezért is gon­dol­ták az en­nél majd­nem há­rom­szor na­gyobb ko­ráb­bi tö­meg alap­ján, hogy az AG Car nem esett át ezen a fej­lő­dé­si ál­la­po­ton. A 20-25 M_⊙ kez­de­ti tö­meg­gel vi­szont már sem­mi gond eb­ből a szem­pont­ból, eb­ben a tö­meg­tar­to­mány­ban az RSG fá­zis­ban be­kö­vet­ke­ző ha­tal­mas tön­eg­vesz­tés­sel még a ma­gá­nyos csil­la­gok­ra fel­ál­lí­tott mo­del­lek is elő­ál­lít­hat­nak LBV-sze­rű ob­jek­tu­mo­kat.

4. A ki­sebb tá­vol­ság a csil­la­got öve­ző köd tö­meg­re is ki­sebb ér­té­ket ered­mé­nyez: a ko­ráb­bi 20-25 M_⊙ he­lyett az is csak nagy­já­ból 2,5 M_⊙. Ek­ko­ra köd lét­re­ho­zá­sá­hoz vi­szont nem szük­sé­ges olyan szél­ső­sé­ges mér­té­kű és üte­mű tö­meg­vesz­tés, mint a 10-szer ek­ko­ra bu­rok lét­re­jöt­té­hez.

5. Ed­dig úgy tűnt, hogy az LBV-k izo­lál­tak a töb­bi fi­a­tal, nagy tö­me­gű csil­lag­tól, ami szin­tén két­sé­ges­sé te­szi az Of → WR át­me­net­ben be­töl­tött "ha­gyo­má­nyos" sze­re­pü­ket. Kö­ze­lebb ke­rü­lé­sé­vel az AG Car ese­té­ben a sze­pa­rá­ci­ós prob­lé­ma szo­rí­tá­sa is la­zul­ni lát­szik.

A fé­nyes kék vál­to­zók HRD-je. Az áb­rán a vizs­gált négy csil­lag ko­ráb­bi (vö­rös szín) és újabb (kék szín) po­zí­ci­ói is fel van­nak tün­tet­ve. A ma­gá­nyos csil­la­gok­ra vo­nat­ko­zó fej­lő­dé­si uta­kat kék szag­ga­tott vo­na­lak jel­zik, egy nagy tö­me­gű ket­tős kom­po­nen­se­i­nek fej­lő­dé­si vo­na­la­it pe­dig bor­dó és ok­ker­sár­ga foly­to­nos vo­na­lak.
[Smith és Stas­sun, 2017]

A klasszi­kus LBV-in­sta­bi­li­tás és -tö­meg­vesz­tés ma­gya­rá­za­ta az Ed­ding­ton-ha­tár­hoz kö­ze­li ha­tal­mas lu­mi­no­zi­tás és a gyors for­gás együt­tes ha­tá­sa a fő­so­ro­zat utá­ni fej­lő­dé­si sza­kasz­ban (az ún. ΓΩ-ha­tár át­lé­pé­se). A szín­kép­vo­na­lak pro­fil­jai és a bi­po­lá­ris csil­lag­szél alap­ján az AG Car va­ló­ban gyor­san fo­rog a ten­ge­lye kö­rül, de ne­he­zen el­kép­zel­he­tő, hogy egy 25 M_⊙ kez­de­ti tö­me­gű ma­gá­nyos csil­lag a vö­rös szu­per­óri­ás fá­zis­ban úgy ve­szít­sen a nagy L/M arány lét­re­jöt­té­hez szük­sé­ges nagy­sá­gú tö­me­get, hogy to­vább­ra is olyan gyor­san pö­rög­jön, mint az AG Car. Va­ló­szí­nű­leg in­kább az a hely­zet, hogy az AG Car nem ma­gá­nyos csil­lag, és a tu­laj­don­sá­ga­i­nak egy ré­sze a ket­tős rend­sze­rek­ben be­kö­vet­ke­ző köl­csön­ha­tá­sok­kal ma­gya­ráz­ha­tó. Tö­meg­át­adás ré­vén a csil­lag im­pul­zus­nyo­ma­té­kot nyer­het a kí­sé­rő­től, ami­vel pó­tol­hat­ja a vö­rös szu­per­óri­ás fá­zis­ban a csil­lag­szél­lel el­vesz­tett per­dü­le­tet. A tö­meg­át­adás ha­tá­sai eset­leg a bu­rok­be­li in­sta­bi­li­tást is ger­jeszt­he­tik, lét­re­hoz­va így az S Dor-sze­rű vi­sel­ke­dést.

Az AG Car le­fe­lé va­ló el­moz­du­lá­sa a HRD-n a 15-40 M_⊙ kez­de­ti tö­me­gű kék szu­per­óri­á­sok­kal (BSG) és B[e] csil­la­gok­kal kap­cso­lat­ban is ér­de­kes kér­dé­se­ket vet fel. A HRD-n zöld el­lip­szis­sel jel­zett te­rü­le­ten pe­dig olyan, még rej­té­lye­sebb ob­jek­tu­mok is van­nak, mint pél­dá­ul az SN 1987A szu­per­nó­va szü­lő­csil­la­ga.

Az ered­mé­nye­ket rész­le­te­ző szak­cikk az Ast­ro­no­mi­cal Jour­nal c. fo­lyó­irat­ban je­lent meg.

For­rás:

• Nat­han Smith and Ke­ivan G. Stas­sun 2017 AJ 153 125
• ar­Xiv:1610.06522v2 [ast­ro-ph.SR]