2008.01.22. - A Deneb részletes spektroszkópiai modellezése

Egy új, részletes spektroszkópiai vizsgálat szerint a nyári égbolt egyik legfényesebb, kékesfehér színű csillaga nagy valószínűséggel éppen a vörös óriás állapot felé tart.

A Vega (α Lyr) és az Altair (α Aql) nevű csillagokkal együtt a Deneb (α Cyg) a jól ismert nagy háromszöget alkotja a nyári égbolton. Bár a három objektum közül 1,25 magnitúdós látszó fényességével a leghalványabb, méretében, tömegében és energiakibocsátásában is messze meghaladja a másik kettőt.

A nyári égbolt egyik legfényesebb objektuma, a Hattyú csillagkép α jelű csillaga, a Deneb.
[www.astroden.com]

A Deneb egy A2 színképtípusú szuperóriás csillag, osztályának egyik legtöbbet tanulmányozott képviselője. Ennek ellenére a legfontosabb fizikai paramétereit illetően a rá vonatkozó munkákban a mai napig egymástól jelentősen eltérő értékek látnak napvilágot. A paramétereket pontosítandó F. Schiller és N. Przybilla (Dr. Remeis-Sternwarte, Bamberg, Németország) nagydiszperziójú színképeken alapuló részletes elemzést és modellszámításokat végzett a csillaggal kapcsolatban. A 386 és 958 nm közötti hullámhossztartományt lefedő spektrumok a Spanyolországban található Calar Alto Observatory 2,2 méteres távcsövére szerelt FOCES (Fibre Optics Cassegrain Echelle Spectrograph) műszerrel készültek több megfigyelési periódus alatt. A modellszámításokhoz ezen felül felhasználták még az IUE mesterséges hold archívumából származó ultraibolya színképeket, valamint különböző időpontokból származó Johnson és Strömgren, illetve 2MASS (Two Micron All Sky Survey) fotometriai adatokat.

A csillag ATLAS9 légkörmodellen alapuló modellfluxusa (szaggatott vonal), ami legjobban illeszkedik az IUE mesterséges holddal felvett ultraibolya spektrumra (folytonos vonal), valamint a látható és az infravörös tartományban különböző szűrőkön (Johnson, Strömgren, 2MASS J, H és K) keresztül mért fényességekből származtatott fluxusokra, melyek a V sávban mért értékre vannak normálva.
[Schiller és Przybilla]

A csillag légkörének legfontosabb paraméterei, a T_eff effektív hőmérséklet, a log g felszíni gravitációs gyorsulás, a ξ mikro- és ζ makroturbulens sebesség, valamint a v sin i rotációs sebesség az észlelt és a modellekből meghatározott szintetikus spektrumok összehasonlításából származtathatók. A módszer lényege (a részletek mellőzésével) az, hogy egy iterációs eljárás során az észlelt spektrumok válogatott színképvonalai paramétereinek felhasználásával és az előbb felsorolt légkörparaméterek változtatásával az ATLAS9 program segítségével különböző modellatmoszférákat kell előállítani. A csillag légkörét legjobban jellemző paraméterhalmaznak azt fogadjuk el, amely esetében a számított energiakibocsátás (fluxus) a hullámhossz függvényében legjobban illeszkedik az ultraibolya, a látható és az infravörös tartományokban az egyébb forrásokból (IUE, fotometria) meghatározott fluxusértékekhez. Az eljárás eredményeként a Deneb légkörét legjobban leíró paraméterek a következők: T_eff = 8525 ± 75 K; log g = 1,10 ± 0,05; ξ = 8 ± 1 km/s; ζ = 20 ± 2 km/s; v sin i = 20 ± 2 km/s. A Hα vonal alapján a Denebről csillagszél formájában évente körülbelül 0,3 milliomod naptömegnyi anyag távozik el.

A Deneb nagydiszperziójú színképének részlete (folytonos fekete vonal) a modellszámításokból meghatározott szintetikus spektrummal (vörös vonal). Az ábrán bejelölték az elemgyakoriságok meghatározásához használt színképvonalakat, illetve címke nélkül az ionizált vas vonalait is.
[Schiller és Przybilla]

Az eljárás nem csak a csillaglégkör paramétereinek meghatározását teszi lehetővé, de származtathatók belőle kémiai elemgyakoriságok is, illetve megbecsülhető a csillag luminozitása (azaz az összes kibocsátott energia), sugara és tömege is. A számítások szerint a Deneb luminozitása a Napénak kereken 200000-szerese, sugara pedig 200-szorosa.

A csillag fejlődési útjára vonatkozóan a kutatók két lehetőséget vázoltak fel. Az egyik szerint a Deneb O típusú csillagként kezdte pályafutását a fősorozaton, mikor is tömege a Napénak 23-szorosa volt, jelenleg pedig éppen a vörös óriás állapot irányába fejlődik. A másik lehetőség egy sokkal inkább elfejlődött állapotot feltételez: a kezdeti fősorozati tömeg valamivel kisebb, körülbelül 20 naptömegnyi, a csillag pedig jelenleg már túl van a vörös óriás állapoton és egy kanyar leírása után újra a kék szuperóriás állapotban van a HRD-n. Ez utóbbi esetben a Deneb jelenlegi tömegének körülbelül 11 naptömegnek kellene lennie, míg az előbbi esetben 18 naptömegnek. A csillag modellszámításból becsült jelenlegi tömege 19 naptömeg körüli, ez tehát inkább azt látszik alátámasztani, hogy a Deneb még csak most tart a vörös óriás állapot felé.

A fősorozatról elfejlődött óriáscsillagok esetében a magban már zajlanak olyan nukleáris reakciók (CNO-ciklus), melyek eredményeként a nitrogén feldúsúl, a szén gyakorisága pedig csökken. Ezen elemek egy része aztán a keveredési mechanizmusok révén a csillag felsőbb rétegeibe és a légkörébe is eljut. A Deneb esetében a színképek alapján az N/C arány sokkal nagyobbnak adódott, mint az hasonló szuperóriásoknál várható, így ez inkább a másodikként vázolt fejlődési állapot lehetőségét támogatná. Az N/C arány becsült értéke azonban függ attól, hogy a csillag rotációs sebessége mennyire befolyásolja a keveredést. Minél gyorsabban forog a csillag, annál nagyobb lesz a kérdéses arány. Ha tehát a Deneb kezdetben gyorsan forgott a tengelye körül (300 km/s), akkor a nitrogén emiatt is feldúsúlhatott.

A kutatás végkövetkeztetése tehát az, hogy a Deneb most még csak a vörös óriás állapotba való fejlődésnél tart, viszont a fősorozatra kerülése körül valószínűleg nagyon gyorsan forgott a tengelye körül.

A Denebhez hasonló nagytömegű, forró szuperóriás csillagok óriási hatást gyakorolnak kozmikus környezetükre. Nagy hőmérsékletük miatt az ionizáló ultraibolya sugárzás legfontosabb forrásai, és jelentős mennyiségű, a környezetet szintén befolyásoló anyag távozik el róluk csillagszél formájában. A pusztulásukat jelentő szupernóva-robbanás nehézelemekkel "szennyezi" az intersztelláris anyagot, a robbanás által generált lökéshullámok pedig hozzájárulnak a csillagkeletkezési folyamatok beindulásához, illetve felgyorsulásához.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astronomy & Astrophysics c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• arXiv:0712.0040v1 [astro-ph]