B[e] csil­la­gok

A fé­nyes kék szu­per­óri­á­sok egy ér­de­kes al­cso­port­ját ké­pe­zik a B[e] szu­per­óri­á­sok. A Mag­el­lán Fel­hők­ben lé­vő B[e] csil­la­gok majd mind­egyi­ke erős inf­ra­vö­rös ex­cesszust mu­tat, ami cir­kum­sz­tel­lá­ris por je­len­lé­té­re en­ged kö­vet­kez­tet­ni. A B[e] csil­la­gok a HRD-n az S Do­radus vál­to­zók kö­ze­lé­ben he­lyez­ked­nek el. A leg­újabb ku­ta­tá­sok sze­rint ar­ra uta­ló je­lek is van­nak, hogy az LBV-k és a B[e] csil­la­gok kö­zött sok­kal szo­ro­sabb fej­lő­dé­si kap­cso­lat le­het, mint aho­gyan ko­ráb­ban gon­dol­ták (lásd az R4-ről szó­ló részt a vé­gén).

Je­len­leg 11 B[e] szu­per­óri­ás is­mert a Nagy Mag­el­lán Fel­hő­ben, 4 a Kis Mag­el­lán Fel­hő­ben és né­hány a Tej­út­rend­szer­ben. Ez nem azt je­len­ti, hogy a Mag­el­lán Fel­hők­ben több B[e] szu­per­óri­ás van, mint a Tej­út­rend­szer­ben, ha­nem csak azt, a Mag­el­lán Fel­hők­ben ta­lál­ha­tó B[e] csil­la­gok több ok­ból job­ban ta­nul­má­nyoz­ha­tók, mint a tej­út­rend­szer­be­li vagy tá­vo­lab­bi ga­la­xi­sok­ban le­vő tár­sa­ik. Egy­részt a Mag­el­lán Fel­hők, s ez­ál­tal ob­jek­tu­ma­i­nak a tá­vol­sá­ga is pon­to­san is­mert, ami nem mond­ha­tó el pl. a Tej­út­rend­szer­ben ta­lál­ha­tó B[e] csil­la­gok­ról. Más­rész­ről a Mag­el­lán Fel­hők irá­nyá­ban az in­ter­sztel­lá­ris ex­tink­ció mér­té­ke szin­tén jól is­mert, míg a Tej­út­rend­szer­ben ez az ér­ték is igen bi­zony­ta­lan. A Mag­el­lán Fel­hők­ben lé­vő B[e] csil­la­gok vi­szony­lag kis tá­vol­sá­ga és a nagy lu­mi­no­zi­tá­suk le­he­tő­vé te­szi a rész­le­tes vizs­gá­la­tu­kat.

B[e] szu­per­óri­ás csil­la­gok pa­ra­mé­te­rei.
A Nagy és a Kis Mag­el­lán Fel­hő­ben is­mert B[e] csil­la­gok pa­ra­mé­te­rei. Az SMC-ben ta­lál­ha­tó R4 je­lű csil­lag va­ló­já­ban egy ket­tős, mely­nek egyik kom­po­nen­se az LBV-kre jel­lem­ző pa­ra­mé­te­re­ket mu­tat.

A B[e] csil­la­gok - F.-J. Zickgraf nyo­mán - a kö­vet­ke­ző tu­laj­don­sá­gok­kal jel­le­mez­he­tők:

• A B[e] csil­la­gok nagy ré­sze ún. hib­rid spekt­ru­mot mu­tat. Ez azt je­len­ti, hogy a szín­kép­ben egy­szer­re van­nak je­len kes­keny, ala­csony ger­jesz­té­si po­ten­ci­á­lú emisszi­ós vo­na­lak és szé­les, ma­gas ger­jesz­té­si po­ten­ci­á­lú ab­szorp­ci­ós vo­na­lak.
• Az op­ti­kai spekt­ru­mot majd­nem tel­jes egé­szé­ben emisszi­ós vo­na­lak do­mi­nál­ják. A Bal­mer-vo­na­lak igen erő­sek, s ál­ta­lá­ban P Cyg­ni pro­filt mu­tat­nak. A Hα ek­vi­va­lens szé­les­sé­ge 100-tól 1,000 Å-ig ter­jed. A töb­bi elem vo­na­lai kes­ke­nyek, a HeI, Fe­II, Si­II, MgII, Ti­II, CrII, [Fe­II], [SII] és [OI] meg­en­ge­dett és til­tott vo­na­lai fi­gyel­he­tők meg kb. 20 km/s-os se­bes­ség­gel, ugyan­ak­kor né­hány erős Fe­II vo­nal szin­tén P Cyg­ni pro­filt mu­tat.
• Az előb­bi­ek­kel el­len­tét­ben az UV tar­to­mány­ban a CIV, Si­IV, NV kék­el­to­ló­dott szé­les re­zo­náns ab­szorp­ci­ós vo­na­lai je­lent­kez­nek. Az el­to­ló­dás mér­té­ke 1,000 km/s. Emel­lett az op­ti­kai tar­to­mány­ban is meg­fi­gyel­he­tők né­ha a HI és HeII vo­na­lak 500-700 km/s-os se­bes­ség­re uta­ló P Cyg­ni pro­fil­lal.
• A "nor­má­lis" szu­per­óri­á­sok­kal szem­ben je­len­tős inf­ra­vö­rös ex­cesszus fi­gyel­he­tő meg a 2-3 μm-es tar­to­mány­ban, ami kb. 1,000 K szín­hő­mér­sék­let­nek fe­lel meg. Ez az IR ex­cesszus igen jó le­he­tő­sé­get biz­to­sít a B[e] csil­la­gok azo­no­sí­tá­sá­ra. A (J-H)-(H-K) di­ag­ra­mon jól el­kü­lö­nül­nek a nor­mál OB szu­per­óri­á­sok­tól és az LBV-ktől, ame­lyek­nél szin­tén meg­fi­gyel­he­tő IR ex­cesszus a ki­áram­ló csil­lag­szél­ben be­kö­vet­ke­ző sza­bad-sza­bad és sza­bad-kö­tött át­me­ne­tek mi­att.
• A B[e] csil­la­gok nagy ré­szé­nek fé­nye po­la­ri­zált, ami a szó­ró ré­szecs­kék el­nyúlt alak­já­ra utal.
• Az LBV-kkel el­len­tét­ben fo­to­met­ri­ai és spekt­rosz­kó­pi­ai vál­to­zás rend­sze­rint nem fi­gyel­he­tő meg vagy csak na­gyon ki­csi vál­to­zá­sok ész­lel­he­tők.

A B[e] szu­per­óri­ás csil­la­gok két­szín-di­ag­ram­ja C.A. Gum­mersbach nyo­mán.
A (J-H)-(H-K) di­ag­ra­mon a B[e] csil­la­gok jól el­kü­lö­nül­nek a nor­mál OB szu­per­óri­á­sok­tól és az LBV-ktől.

Az idé­zett meg­fi­gye­lé­si té­nyek ar­ra en­ged­nek kö­vet­kez­tet­ni, hogy a B[e] csil­la­gok kö­rül igen el­té­rő fi­zi­kai pa­ra­mé­te­rek­kel ren­del­ke­ző vo­nal­ke­let­ke­zé­si te­rü­le­tek van­nak. Az el­kép­ze­lést F.-J. Zickgraf fej­tet­te ki rész­le­te­sen az ún. két­kom­po­nen­sű csil­lag­szél mo­dell­ben.

A mo­dell alap­ján a B[e] csil­la­got olyan struk­tú­ra ve­szi kö­rül, amit két, egy­más­tól el­kü­lö­nü­lő kom­po­nens - egy egyen­lí­tői és egy po­lá­ris csil­lag­szél - ha­tá­roz meg.

A cent­rá­lis ob­jek­tum egy ko­rai B tí­pu­sú szu­per­óri­ás, ami­nek ti­pi­kus pa­ra­mé­te­rei a kö­vet­ke­zők: az ef­fek­tív hő­mér­sék­le­te T_eff ~ 20,000 K, fel­szí­ni ne­héz­sé­gi gyor­su­lá­sa log g ~ 2-3, tö­me­ge kb. 30 M_o, su­ga­ra pe­dig 50 R_o kö­rü­li.

Ilyen nagy ki­ter­je­dé­sű csil­lag ese­té­ben a fel­szí­ni gra­vi­tá­ci­ós gyor­su­lás igen ki­csi, alig na­gyobb, mint a su­gár­nyo­más­ból ere­dő ki­fe­le irá­nyu­ló gyor­su­lás. Mi­vel a két erő nagy­já­ból egyen­lő, a csil­lag az ún. Ed­ding­ton-ha­tár kö­ze­lé­ben van. Az R126 ese­té­ben a | g_rad / g_grav | ér­ték kb. 0.7. Mi­vel azon­ban a csil­lag gyor­san fo­rog, a cent­ri­fu­gá­lis erő mi­att az egyen­lí­tő kör­nyé­kén az ef­fek­tív gra­vi­tá­ci­ós gyor­su­lás to­vább csök­ken, s ez, ha el­éri a meg­fe­le­lő ér­té­ket, egyen­lí­tő kö­rü­li anyag­ki­áram­lás­hoz ve­zet­het. Emel­lett a ki­ter­jedt kon­vek­tív at­mosz­fé­rá­ban még a tur­bu­lens nyo­más is sze­re­pet játsz­hat.

Az anyag az egyen­lí­tő sík­já­ban las­sú (~ 100 km/s), hi­deg (~ 5,000 K), sű­rű (~ 10¹⁰ cm^-3) csil­lag­szél for­má­já­ban áram­lik ki kb. 10^-4 M_o/év rá­tá­val, és egy su­gár­irány­ban ki­fe­lé vas­ta­go­dó, va­ló­szí­nű­leg dif­fe­ren­ci­á­li­san ro­tá­ló ko­ron­got ké­pez, ha­son­ló­an az akk­ré­ci­ós ko­ron­gok­hoz. A ki­fe­lé tar­tó anyag­áram­lás mi­att a ko­ron­got exk­ré­ci­ós ko­rong­nak is ne­ve­zik az iro­da­lom­ban. A vi­szony­lag nagy sű­rű­ség mi­att a gáz gyor­san hűl, a hő­mér­sék­let ki­fe­lé csök­ken.

Itt ke­let­kez­nek az ala­csony ger­jesz­té­si ener­gi­á­jú kes­keny emisszi­ós vo­na­lak, mint az Fe­II és a Si­II. A csök­ke­nő hő­mér­sék­let mi­att mi­nél ki­sebb a vo­nal ger­jesz­té­si ener­gi­á­ja, an­nál tá­vo­labb ke­let­ke­zik a vo­nal a csil­lag­tól. Itt rá­adá­sul a ro­tá­ci­ós se­bes­ség is ki­sebb, mint a csil­lag kö­ze­lé­ben. A mo­dellt vá­zo­ló áb­rán a vo­na­lak az egyen­lí­tői sík­ban a csök­ke­nő vo­nal­szé­les­ség sor­rend­jé­ben van­nak fel­tün­tet­ve.

B[e] szu­per­óri­ás csil­la­gok két­kom­po­nen­sű csil­lag­szél mo­dell­je F.-J. Zickgraf nyo­mán.
A csil­lag­szél két össze­te­vő­ből áll, egy las­sú, hi­deg és sű­rű egyen­lí­tői ki­áram­lás­ból, va­la­mint egy gyors, for­ró és híg po­lá­ris, ún. CAK-szél­ből (Ca­s­tor-Ab­bot-Klein).

A ki­fe­le csök­ke­nő sű­rű­ség és hő­mér­sék­let mi­att a klasszi­kus Be csil­la­gok­kal el­len­tét­ben az [Fe­II] és [SII] til­tott emisszi­ós vo­na­lak is lát­ha­tó­vá vál­nak. A cse­kély sű­rű­ség mi­att az üt­kö­zé­sek, s így az üt­kö­zé­sek in­du­kál­ta emisszi­ók is rit­kák, ezért egy me­ta­sta­bil ní­vó­ra ger­jesz­tett ion a meg­fe­le­lő idő el­tel­te után spon­tán mó­don ki­su­gá­roz egy fo­tont. A klasszi­kus Be csil­la­gok ese­té­ben a ki­sebb tö­meg és a csil­lag ki­sebb su­ga­ra mi­att összes­sé­gé­ben ke­ve­sebb anyag áram­lik ki, így ezen vo­na­lak ke­let­ke­zé­sé­hez szük­sé­ges sű­rű­ség és hő­mér­sék­let nem ala­kul ki, az­az a vo­na­lak nem je­len­nek meg a spekt­rum­ban.

Az R4 B[e] csil­lag spekt­ru­má­nak kék ré­sze.
A spekt­ru­mot az erős Bal­mer-vo­na­lak do­mi­nál­ják, de szá­mos Fe­II és [Fe­II] vo­nal is meg­fi­gyel­he­tő. A spekt­rum ér­de­kes­sé­ge a HeI, NII, OII, Si­I­II, Si­IV és a Ti­II, CrII ab­szorp­ci­ós vo­na­lak együt­tes je­len­lé­te. Az el­ső cso­port a ko­rai B, míg a má­so­dik a ko­rai A tí­pu­sú csil­la­gok­ra jel­lem­ző.

A 6,000-14,000 Å-ös tar­to­mány­ban a kon­ti­nu­um­ban eny­he ex­cesszus fi­gyel­he­tő meg a pro­to­nok és elekt­ro­nok re­kom­bi­ná­ci­ó­já­nak (sza­bad-kö­tött át­me­ne­tek) és a fé­ke­zé­si su­gár­zás­nak (sza­bad-sza­bad át­me­ne­tek) kö­szön­he­tő­en.

A hő­mér­sék­let to­váb­bi csök­ke­né­sé­vel, a köz­pon­ti csil­lag di­rekt su­gár­zá­sá­tól véd­ve, lét­re­jö­het a CO mo­le­ku­la, ami­nek a meg­fe­le­lő át­me­ne­te 2.3 μm-en emisszi­ó­ban meg is fi­gyel­he­tő. Ezen­kí­vül TiO mo­le­ku­lá­ra uta­ló je­le­ket is ta­lál­tak.

Vé­gül a csil­lag­tól né­hány száz R_csillag tá­vol­ság­ra és kb. 1,000 K hő­mér­sék­let­nél egy por­bu­rok kö­vet­ke­zik, ami va­ló­szí­nű­leg kb. 0.1 μm mé­re­tű szi­li­kát- vagy vas­ré­szecs­kék­ből áll. En­nek emisszi­ó­ja erős inf­ra­vö­rös ex­cesszust okoz.

VLA- és az inf­ra­vö­rös tar­to­mány­ban speck­le-in­ter­fe­ro­met­ri­ai meg­fi­gye­lé­sek­ből a cir­kum­sz­tel­lá­ris diszk­re uta­ló di­rekt bi­zo­nyí­té­kok is ren­del­ke­zés­re áll­nak.

Az egyen­lí­tői ki­áram­lás­sal el­len­tét­ben a pó­lu­sok­nál gyors (~ 1,000 km/s), for­ró (~ 20,000 K) és híg (~ 10⁷ cm^-3) csil­lag­szél áram­lik ki, ami­ben a tö­meg­vesz­té­si rá­ta kb. 10^-6-10^-5 M_o/év, s itt ke­let­kez­nek az UV tar­to­mány ma­ga­san ger­jesz­tett kék­el­to­ló­dott re­zo­náns CIV, Si­IV, NV vo­na­lai.

A po­lá­ris szél haj­tó­me­cha­niz­mu­sa a su­gár­nyo­más, az ab­szor­be­á­ló io­nok az el­nyelt fo­ton im­pul­zu­sát ve­szik át, s en­nek kö­vet­kez­té­ben ki­fe­le mo­zog­nak. Az io­nok csak a meg­fe­le­lő frek­ven­cia szűk kör­nye­ze­té­ben tud­nak fo­tont el­nyel­ni, s a ki­fe­le tar­tó moz­gás mi­at­ti Dopp­ler-el­to­ló­dás kö­vet­kez­té­ben már egyet­len elem ion­ja is ké­pes a su­gár­zá­si me­ző im­pul­zu­sá­nak je­len­tős ré­szét fel­ven­ni.

Az ab­szorp­ci­ós vo­na­lak mért kék­el­to­ló­dá­sai rá­adá­sul an­nál na­gyob­bak, mi­nél na­gyobb az adott ion ger­jesz­té­si ener­gi­á­ja. Ez úgy ma­gya­ráz­ha­tó, hogy az io­ni­zá­ci­ós fok ki­fe­le nő, a ré­szecs­ke­sű­rű­ség gyor­sab­ban csök­ken, mint a fo­ton­me­ző sű­rű­sé­ge, így a fo­to­i­o­ni­zá­ció na­gyobb, mint a re­kom­bi­ná­ció.

A két­di­men­zi­ós struk­tú­ra lé­te­zé­sé­re a ga­lak­ti­kus és a Mag­el­lán Fel­hők­ben lé­vő B[e] szu­per­óri­á­sok po­la­ri­zá­ci­ós mé­ré­sei is utal­nak. A vizs­gált csil­la­gok nagy ré­szé­nek fé­nye po­la­ri­zált a sza­bad elekt­ro­nok okoz­ta Thomp­son-szó­rás és a por­ré­szecs­ké­ken tör­té­nő szó­ró­dás mi­att.

Az egye­di B[e] csil­la­gok spekt­ru­má­ban és a vo­nal­pro­fi­lok­ban meg­fi­gyel­he­tő kü­lönb­sé­gek a csil­lag és a meg­fi­gye­lő re­la­tív hely­ze­té­nek kü­lön­bö­ző­sé­gé­ben ke­re­sen­dők: ha az egyen­lí­tői disz­ket élé­ről (edge-on) lát­juk, ak­kor a gyors po­lá­ris szél nem lát­ha­tó és az erős emisszi­ós vo­na­lak (pl. a Bal­mer-vo­na­lak) cent­rá­lis ab­szorp­ci­ót mu­tat­nak, aho­gyan ez vár­ha­tó is. Ha a lá­tó­irány és a diszk sík­já­nak haj­lás­szö­ge je­len­tő­sen el­tér a 0°-tól, ak­kor a Bal­mer-vo­na­lak P Cyg­ni pro­filt mu­tat­nak, ame­lyek­ben a ro­tá­ció és az ex­pan­zió ha­tá­sa is lát­szik. Vé­gül, ha a rend­szer pó­lu­sa irá­nyá­ból (po­le-on) lát­szik, az UV vo­na­lak kék­el­to­ló­dá­sa ma­xi­má­lis és a Bal­mer-vo­na­lak tisz­ta emisszi­ó­ban lát­ha­tók (P Cyg­ni pro­fil nél­kül). A fo­to­szfé­ri­kus ab­szorp­ci­ós vo­na­lak a diszk emisszi­ós vo­na­lai mi­att vagy igen tor­zul­tan je­lent­kez­nek, vagy egy­ál­ta­lán nem lát­sza­nak.

A B[e] csil­la­gok kö­zül igen ér­de­kes tu­laj­don­sá­go­kat mu­tat a Kis Mag­el­lán Fel­hő­ben ta­lál­ha­tó R4 je­lű ob­jek­tum (α₂₀₀₀ = 00^h46^m56^s, δ₂₀₀₀ = -73°08'25").

Az R4-et, több más SMC-be­li emisszi­ós ob­jek­tum­mal egye­tem­ben elő­ször a hat­va­nas évek ele­jén vizs­gál­ták, s a csil­la­got Be tí­pu­sú­ként klasszi­fi­kál­ták, meg­je­gyez­ve, hogy a HI emisszió mel­lett gyen­ge Fe­II és [Fe­II] emisszió is meg­fi­gyel­he­tő a spekt­rum­ban, s a csil­lag ra­di­á­lis se­bes­sé­ge 182 km/s. Ké­sőbb 1983-ban és 1984-ben vég­zett spekt­rosz­kó­pi­ai és fo­to­met­ri­ai meg­fi­gye­lé­sek alap­ján F.-J. Zickgraf B[e] csil­lag­ként osz­tá­lyoz­ta az ob­jek­tu­mot.

Az R4 emisszi­ós spekt­ru­ma a B[e] szu­per­óri­á­sok­ra jel­lem­ző, és a ko­ráb­ban már vá­zolt tu­laj­don­sá­go­kat mu­tat­ja. A cso­port töb­bi tag­já­tól el­té­rő­en azon­ban az R4 spekt­ru­má­ban fo­to­szfé­ri­kus, ne­ve­ze­te­sen HeI, Si­I­II és Si­IV ab­szorp­ci­ós vo­na­lak, va­la­mint éles CrII és Ti­II "shell" ab­szorp­ci­ós vo­na­lak is meg­fi­gyel­he­tők. Ezen vo­na­lak ra­di­á­lis se­bes­sé­gé­nek vizs­gá­la­ta azt mu­tat­ta, hogy 1984-ben szig­ni­fi­káns kü­lönb­ség volt az ab­szorp­ci­ós és az emisszi­ós vo­na­lak ra­di­á­lis se­bes­sé­gei kö­zött. En­nek ma­gya­rá­za­tá­ra már ak­kor fel­me­rült az a le­he­tő­ség, hogy az R4 egy ket­tős rend­szer. A R4-ről ren­del­ke­zés­re ál­ló fo­to­met­ri­ai és spekt­rosz­kó­pi­ai ada­tok rész­le­tes ana­lí­zi­sé­vel si­ke­rült is ezt a fel­té­te­le­zést bi­zo­nyí­ta­ni. Az R4 mind az LBV-k (fo­to­met­ri­ai vál­to­zás), mind a B[e] csil­la­gok tu­laj­don­sá­ga­it mu­tat­ja, s ed­dig az egyet­len ilyen ob­jek­tum, ezért fon­tos sze­re­pe le­het an­nak el­dön­té­sé­ben, hogy az LBV-k és a B[e] csil­la­gok kö­zött lé­te­zik-e ge­ne­ti­kai kap­cso­lat.

Az R4 je­lű B[e] csil­lag ener­gia­el­osz­lá­sa az ult­ra­ibo­lya tar­to­mány­tól az inf­ra­vö­rö­sig.
A mo­dell-pa­ra­mé­te­rek han­go­lá­sá­val egy ko­rai B és egy ko­rai A tí­pu­sú csil­lag mo­dell-at­mosz­fé­rá­i­nak szu­per­po­zí­ci­ó­já­val el le­het ér­ni, hogy az ere­dő ener­gia­el­osz­lás az ul­taribo­lya tar­to­mány­tól az inf­ra­vö­rös tar­to­má­nyig jól il­lesz­ked­jen a meg­fi­gye­lé­si - spekt­rosz­kó­pi­ai és fo­to­met­ri­ai - ada­tok­ra. Az áb­rán a ket­tős kom­po­nen­se­i­nek pa­ra­mé­te­rei is fel van­nak tün­tet­ve.