2016.01.26. - Mégsem nyelt el neutroncsillagot a HV 2112 jelű vörös szuperóriás?

Egy új tanulmány szerint a HV 2112 jelű különleges csillag nem a Kis Magellán-felhő tagja, hanem a Tejútrendszer halójában van, ebben az esetben azonban nem lehet az ún. Thorne-Żytkow-objektumok első ismert képviselője.

A múlt század hetvenes éveinek közepén publikálta Kip Thorne (Caltech) és Anna Żytkow (University of Cambridge, UK) azt az elméleti munkát, amelyben leírták, hogy mi történhet egy neutroncsillagot elnyelő vörös szuperóriás csillaggal. A kompakt égitest érkezhet egy közeli szupernóva-robbanásból (ha például egy kettős rendszert vizsgálunk, amiben a vörös szuperóriás társa előbb robban fel), de gömbhalmazok magjában is előfordulhatnak szoros csillagközelítések. Az elnyelés során a neutroncsillag "megzavarja" a vörös szuperóriás energiatermelését, miközben olyan fúziós reakciók is beindulnak ideiglenesen, amelyek különben nem aktivizálódnának. Thorne és Żytkow, majd mások számításai alapján egy ilyen egzotikus égitestet (a szakirodalomban elterjedt elnevezése Thorne-Żytkow-objektum, vagy röviden TŻO) különleges kémiai összetétel jellemez, például a nehéz elemek közül a molibdén és a rubídium, illetve a könnyű elemek közül a lítium feldúsulása.

Egy 2014-es tanulmányban Emily Levesque (University of Colorado) és munkatársai a Tejútrendszerben és annak két kísérőgalaxisában, a Nagy és a Kis Magellán-felhőkben (LMC és SMC) végzett részletes spektroszkópiai felmérésről számoltak be. Eredményük szerint az általuk vizsgált minta egyik objektuma, a Kis Magellán-felhő HV 2112 katalógusjelű vörös szuperóriás csillaga színképében pontosan azon kémiai elemek vonalai figyelhetők meg, amelyek megjelenése a TŻO-k esetében várható. Levesque és kollégáinak végkövetkeztetése az volt, hogy HV 2112 lehet az első ismert képviselője a különleges, addig csak az elmélet által jelzett objektumoknak. Thomas J. Maccarone (Texas Tech University) és Selma E. de Mink (University of Amsterdam) egy friss tanulmányukban azonban az állítják, a HV 2112 sajátmozgása olyan nagy, hogy az nem lehet a Kis Magellán-felhő tagja. Sokkal valószínűbb, hogy a Tejútrendszer halójában található, ekkor azonban a luminozitása csak töredéke a korábban gondoltnak, így pedig nem lehet TŻO sem.

Egy Thorne-Żytkow-objektum sematikus rajza.
[Paul G. Beck]

Maccarone és de Mink az SPM (Southern Proper Motion) katalógusban listázott, 35 év különbséggel megállapított értékek alapján úgy vélik, hogy ha a HV 2112 a Kis Magellán-felhő távolságában helyezkedne el, akkor sajátmozgása - amely minden releváns katalógus értékét figyelembe véve a rektaszcenzióban 2,4±1,8 milliívmásodperc, a deklinációban pedig -6,8±1.8 milliívmásodperc évenként - körülbelül 3100 km/s térbeli sebességnek felelne meg, ami jóval nagyobb az SMC-re érvényes szökési sebességnél. A sajátmozgás ráadásul szignifikánsan különbözik az SMC tömegközéppontjának sajátmozgásától (-0,8 mas/év rektaszcenzióban és -1,1 mas/év deklinációban). A méréseket terhelő bizonytalanságok és esetleges zavaró körülmények miatt persze nem lehetetlen, hogy a HV 2112 mégis a Kis Magellán-felhőben van, de valószínűbb az, hogy a Tejútrendszer halójához tartozik. Ezt támasztja alá az is, hogy ha a csillag tangenciális sebességére a radiális sebességéhez (157 km/s) hasonló értéket teszünk fel, akkor a sajátmozgásnak megfelelő távolsága 62,1 kpc helyett már csak 3 kpc lesz, azaz valóban a Tejútrendszerben lehet. (Bár a sajátmozgás pontatlansága viszonylag széles távolságtartományt enged meg.)

Ha a HV 2112 nem a Kis Magellán-felhőben van, hanem a Tejútrendszer halójában, akkor a luminozitása a Napénak nem körülbelül százezerszerese, hanem csak nagyjából ezerszerese. A csillagot 2012-es fotometriai mérések alapján ráadásul Mira típusú változónak osztályozták, és ezt a besorolást a fényességmaximum körüli emissziós színképvonalai is megerősítik, de a kisebb távolságnak megfelelő luminozitás is beleillik ebbe a képbe. A Mira besorolás a forrás változékonyságára is "természetes" magyarázattal szolgál. Ezek a szempontok már Levesque és kollégáinak munkájában is felmerültek, de pontosan amiatt vetették el azokat, hogy a HV 2112-t az SMC-be helyezték.

Maccarone és de Mink a HV 2112 tulajdonságaink magyarázatára egy kettősségen alapuló forgatókönyvet javasol, amely szerint a kettős AGB (Asymptotic Giant Branch, aszimptotikus óriáság) fejlődési állapotú, nagy tömegű főkomponenséről anyag áramlik a kísérőre, amely végül maga is AGB állapotba fejlődik, igaz, kisebb tömeggel, mint a főkomponens. Ez utóbbinak tehát elég nagy tömegűnek kell lennie ahhoz, hogy elő tudja állítani a szükséges mennyiségű molibdént és rubídiumot. Az elképzelés szerint tehát a ritka elemek a csillagszél/anyagáram segítségével jutnak a nagy tömegű főkomponensről a kísérőre.

A HV 2112 alternatív fejlődési forgatókönyve: A kiindulás egy tág kettős rendszer a Tejútrendszer halójában, melynek komponensei fősorozati csillagok (1). A főkomponens nagy tömegű AGB csillaggá fejlődik, miközben a nehéz elemekben feldúsult csillagszelével "beszennyezi" kisebb tömegű kísérőjét (2). A folyamat során teljes külső burkát elveszti, és fehér törpévé alakul (3). Végül a kísérő is AGB csillaggá fejlődik, amelyet molibdénben és rubídiumban gazdag, kis sűrűségű burok övez. A burokban a közben keletkezett Li nyomai is megfigyelhetők (4). Bár az ábra azt sugallja, hogy a fehér törpe akkretálja a TŻO "imposztor" csillagszelét, ezen lehetőség egyértelmű megerősítésére, illetve cáfolatára egyelőre még nincsenek megfigyelési tények.
[Maccarone és de Mink, 2016]

Az eredményeket részletező szakcikk a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• arXiv:1601.05455 [astro-ph.SR]