2011.12.20. - Újdonságok az η Car XIX. századi nagy kitöréséről

Új spektroszkópia megfigyelések szerint az η Car a XIX. századi nagy kitörésekor hidegebb lehetett, mint ahogyan eddig vélték, ez pedig a kitörés mögött álló fizikai mechanizmus részbeni újragondolását is eredményezheti.

Az η Carinae kettős komponensei a Tejútrendszer legnagyobb tömegű csillagai közé tartoznak. A XIX. század közepén, az ún. "nagy kitörés" (Great Eruption, GE) során az égbolt második legfényesebb csillagaként tündökölt, később azonban a szabadszemes láthatóság alá halványodott. A nagy kitörés egyedülálló az LBV-k (Luminous Blue Variables) körében megfigyelhető hasonló tranziens jelenségek között abban az értelemben, hogy mintegy 10 éven keresztül a csillag luminozitása meghaladta az Eddington-féle határt. E fölött a gravitáció ellenében ható és azt már meghaladó sugárnyomás destabilizálja a csillag külső rétegeit és egy nagyon intenzív csillagszelet indít. A mindössze 2,3 kpc-es távolság miatt a csillag körüli Homunculus-köd részleteiben is jól tanulmányozható. Az erre vonatkozó vizsgálatok szerint az 1838 és 1858 közötti kitörési fázis során az η Car mintegy 10 naptömegnyi anyagot dobott le a nagytömegű csillagok szupernóva-robbanásakor felszabaduló energia körülbelül tizedének kibocsátása közben, s mindezt túl is élte.

Az η Car körüli Homunculus-köd a másfél évszázaddal ezelőtti óriás kitörés maradványa. A két bipoláris lebeny átmérője körülbelül 0,2 pc. A délnyugati (bal alsó) felénk mozog nagyjából 650 km/s-os sebességgel. A két lebeny között egy struktúrált egyenlítői kiáramlás is megfigyelhető.
[Jon Morse (University of Colorado), NASA/ESA]

A tradicionális modell szerint az LBV-knek a forró, viszonylag nyugodt állapotból a hidegebb kitörési fázisba történő átmenet során megnövekedett luminozitása egy nagyon sűrű csillagszelet indukál, ami egy optikailag vastag, hidegebb, minimálisan 7000 K-es hőmérsékletű, jellemzően F típusú színképpel rendelkező pszeudo-atmoszférát hoz létre a csillag körül. Az előbbi minimumhőmérséklet és a neki megfelelő A vagy F színképtípus oka, hogy a nagytömegű csillag a HRD-n a hidegebb irányban haladva eléri az ún. Humphreys-Davidson határt, amelyen túl nem ismert stabil csillag. Ezen modell keretei között az η Car az ún. szupernóva-imposztorok (úgy néz ki, mintha...) prototípusa. Az LBV-k óriás kitörései ritkák, a Tejútrendszerben az elmúlt 400 évben ilyet csak az η Car és a P Cyg (XVII. század) produkált. Extragalaxisokban körülbelül kéttucatnyi jelölt ismert, de a hasonlóság miatt ezeket nehéz megkülönböztetni a szupernóva-robbanásoktól.

A fenti képet azonban lényegesen árnyalja Armin Rest (Space Telescope Science Institute) és kutatócsoportjának új eredménye. Rest és munkatársai a nagy kitörés visszfényének (light echo) spektrumát vizsgálták. A Homunculus-köd bipoláris szerkezete arra utal, hogy a GE erősen aszférikus volt. Korábbi előrejelzések alapján a kiáramlási sebességek a lebenyek pólusai és az egyenlítője környékén -650 km/s, illetve -40-100 km/s körüliek. (Az egyenlítő környékén a kiáramlási sebesség erősen függ a "szélességtől".) A Rest és kollégái által vizsgált visszfény az η Car egyenlítője környékén gerjesztődött, a mért kékeltolódása -210±30 km/s, ez megfelel az egyenlítői sík ±20°-os környezetében várható expanziós sebességnek. Az egyszeresen ionizált kálcium infravörösben megfigyelhető abszorpciós vonalhármasa erős aszimmetriát mutat, a vonalszárnyakból meghatározható sebesség eléri a -850 km/s-ot. Ez ugyan jóval alatta marad a korábban észlelt legnagyobb poláris sebességeknek, de jó egyezésben van az alacsonyabb szélességeken a lökéshullámban megfigyelt sebességekkel.

A bal oldali panelnek az oxigén (kék), a hidrogén (zöld) és a kén (vörös) egy-egy emissziós vonalalára centrált szűrőkön keresztül rögzített felvételekből montírozott hamisszínes képe az η Car pozícióját, illetve azt a területet mutatja, ahol Rest és munkatársai a visszfény spektrumát elemezték. A középső panel a CTIO 4 m-es Blanco teleszkópjával az η Car-tól mintegy fél fokra délre fekvő terület három különböző időpontban rögzített képét, míg a jobb oldali panel a különbözeti képeket mutatja. Kék és barna nyilak jelölik a visszfény-eseményeket. Az alsó kép kék vonala a spektrográf résének helyzetét jelzi. Az egymástól 1 fényévet is meghaladó távolságban lévő visszfény-események közti térbeli átfedések alapján az őket okozó kitörésnek 1 évnél lényegesen hosszabb ideig kellett tartania.
[Nathan Smith (University of Arizona/NOAO/AURA/NSF), Rest és tsai]

Rest és kollégái azt találták, hogy a visszfény spektrumában csak abszorpciós vonalak figyelhetők meg, ezek kékeltolódottak, a belőlük származtatható sebesség -210 km/s körüli, ami jó egyezésben áll a vizsgált térrészre előrejelzett expanziós sebességgel. A modellspektrumokkal történt összehasonlítás azonban azt jelzi, hogy az η Car kitöréskori színképe inkább G2-G5 körüli volt, ami a korábban gondolttal ellentétben csak mintegy 5000 K-es effektív hőmérsékletnek felel meg, ez pedig nem áll összhangban az optikailag vastag csillagszél modelljével. A modell keretein belül szintén nehezen indokolható az erős emissziós vonalak hiánya, illetve nem magyarázható a nagy, 10⁵⁰ erg körüli kinetikus energia sem. Ezek a megfontolások tehát abba az irányba mutatnak, hogy a nagy kitörésre egyéb fizikai folyamatok - például egy nagyenergiájú lökéshullám - is hatással voltak.

Az η Car 1870 körül elvégzett első vizuális spektroszkópiai megfigyelései emissziós vonalakat mutattak, az 1890 körül bekövetkezett kisebb kitörés (Lesser Eruption, 1887-1896) során rögzített fotografikus spektrumok - melyekben a P Cygni vonalprofil abszorpciós komponensének sebessége -200 km/s - egy F színképtípusú szuperóriásra utalnak. Ezek azonban éppen a sűrű csillagszél modell jellemzői. Az 1890-es LE és a GE visszfényének mostani spektrumai közötti lényeges különbségek azt jelzik, hogy ugyanazon objektum két különböző kitörése mögött két eltérő fizikai folyamat állhat. Az 1890-es kitörés során is dobódott le azonban anyag (Little Homunculus), igaz, kisebb mennyiségben, de ugyanazzal a tengelyszimmetriával, mint egy fél évszázaddal korábban.

A kép tehát elég bonyolult. Az η Car nagy kitörése annak ellenére az extragalaktikus szupernóva-imposztorok prototípusa, hogy paraméterei (a kisugárzott és a kinetikus energia, illetve a kitörés hossza) extrém nagyok, a visszfény spektrumai pedig az egyediségére is rávilágítanak. A csillagot el nem pusztító óriási explózió és tömegvesztés oka egyelőre ismeretlen, a kettős komponensei közti esetleges tömegátadási folyamat szerepe szintén tisztázásra szorul.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazinban fog megjelenni.

Forrás:

• arXiv:1112.2210v1 [astro-ph.GA]