2017.03.07. - Röntgenben is pulzál a fényes cefeida

Dedikált űrtávcsöves program keretében fedezték fel, hogy a cefeida változócsillagok prototípusa, a δ Cephei a röntgentartományban is minden alkalommal kifényesedik, amikor a csillag a legnagyobbra tágul.

A cefeida változócsillagokat a mai napig figyelem övezi (számos magyar kutató által is), hiszen ezek a csillagok a kozmikus távolságskála egyik legfőbb alapkövei. A távolságméréshez a fényességük és a pulzációs periódusuk közötti szoros összefüggést használják ki a csillagászok: minél fényesebb a csillag, annál hosszabb ideig tart, amíg felfényesedik, majd elhalványul. A pontosabb távolságokhoz tehát nagyon részletesen érteni kell magát a csillagpulzációt és a vele kapcsolatban álló folyamatokat is a csillagban.

A δ Cephei csillag és környezete az infravörös tartományban. A csillag körül az intersztelláris anyagba ütköző csillagszél által keltett fejhullám is felfedezhető.
[NASA/JPL-Caltech/ M. Marengo]

Ennek részeként nem csak látható fényben, hanem nagyobb energiákon is érdemes megvizsgálni a Tejútrendszerben található, hozzánk közeli ilyen pulzáló óriáscsillagokat. Amerikai kutatók, Scott Engle és Edward Guinan (Villanova University) vezetésével, a Secret Lives of Cepheids (A Cefeidák Titkos Élete) nevű program keretében, a csoport prototípusát, a δ Cephei nevű csillagot vizsgálták meg alaposabban több űrtávcső segítségével. A Hubble-űrtávcső képes ultraibolya tartományban is megfigyeléseket végezni, a Chandra és XMM-Newton műholdak pedig röntgenfényt detektálnak.

A kutatók azt találták, hogy a δ Cephei fényessége periodikusan változik mindkét hullámhossz-tartományban, méghozzá a pulzációval megegyező ütemben. Csakhogy míg az ultraibolya sugárzás mindig akkor volt a legerősebb, miután a csillag a legkisebb méretére zsugorodott, a legerősebb röntgenjelet egy fél ciklussal odébb, a legnagyobbra kitágult fázist követően lehetett megfigyelni. A kettő tehát jó eséllyel eltérő fizikai folyamatokból ered.

A δ Cephei fényváltozásai különböző hullámhosszakon, illetve a csillagfelszín sebessége és az átmérő változása (modellszámítások alapján). Az összehasonlításhoz a szerzők Kiss László 1996-ban végzett (1998-ban publikált) radiálissebesség-méréseit használták fel.
[Engle és mtsai, 2017]

Az UV-sugárzás eredete már ismert volt: amikor a csillag már nem tud jobban összehúzódni, az újra felmelegedő csillaganyag hirtelen elkezd újra kitágulni. Ez egy lökéshullámot indít meg kifelé a csillagból a felszín felé, amely felforrósítja maga körül az anyagot. Ahogy a lökéshullám eléri a felszínt, az a fűtéstől átmenetileg UV-fényben kezd világítani.

A röntgenben történő felfénylés eredete viszont rejtélyesebb. A röntgensugárzást forró, legalább millió kelvin hőmérsékletű plazma és/vagy erős mágneses térben mozgó anyag tud létrehozni. A kutatók több hipotézist is felvetnek, de a helyes választ csak további megfigyelések és elméleti modellek adhatják majd meg. A hipotézisek:

- Talán a lökéshullám a felszínt elhagyva hirtelen kiér a csillag több nagyságrenddel ritkább légkörébe (a csillagot körülvevő, lényegében átlátszó, ritka gázburokba), és ott jelentősen felgyorsulva halad tovább. A gyors lökéshullám felfűtheti a légkört annyira, hogy aztán a forró, mágneses plazma röntgenfényt bocsásson ki.

- Esetleg a pulzáció során úgy változik a csillag belső szerkezete, hogy a legnagyobb méret elérésével egyidejűleg a mágneses dinamó is felerősödik. A csillag időszakosan erősebb mágneses terében zajló folyamatok, például a mágneses átkötődések ilyenkor szintén nagyobb energiát tudnak felszabadítani.

- Az is lehet, hogy a csillagnak folyamatosan megvan az erős mágneses tere, de azt az idő jó részében elrejti előlünk a vastag kromoszféra (a felszínt jelentő fotoszféra és a ritka csillaglégkör közti átmeneti régió). Amikor a csillag a legnagyobbra nő, ez a kromoszféra elvékonyodik, és az addig rejtett mágneses jelenségek rövid időre kívülről is láthatóvá válnak.

A röntgenben végzett megfigyelések - jó tudományos kísérlethez méltón - több új kérdést vetettek fel, mint ahány régit megválaszoltak. A kutatók most további csillagok megfigyelését tervezik, hogy megvizsgálják, hogyan függ a jelenség a csillagok egyes paramétereitől, mint a tömegük vagy fényességük. A cefeidák élete továbbra is tartogat titkokat.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• csillagaszat.hu 2017.02.25.