Rejtőzködő csillag keringhet a Betelgeuze körül, aminek a Hubble űrtávcsővel erednek nyomába magyar csillagászok
Valójában nem egy, hanem két csillagot látunk, amikor az éjszakai égbolt egyik legfényesebb égitestére tekintünk – állítja egy magyar csillagász és kollégái által végzett kutatás, amelyet múlt héten fogadtak el közlésre az Astrophysical Journal folyóiratban.
Molnár László, a HUN-REN CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetének kutatója és munkatársai szerint az Orion csillagkép vörös szuperóriás csillaga, a Betelgeuze körül egy Nap méretű csillag keringhet, amely mindezidáig elrejtőzött a földi és űrbeli megfigyelések elől. A szakemberek a kisebb csillag létére a szuperóriás hat évente ismétlődő fényességváltozásából következtettek, miután kizártak egy sor alternatív magyarázatot.
„Vannak ötleteink, hogyan lehetne kimutatni a Hubble-lel. Nem lesz egyszerű” – nyilatkozta a Qubitnek Molnár, aki Meridith Joyce-szal, a HUN-REN CSFK Csillagászati Intézetének korábbi munkatársával és a Wyomingi Egyetem csillagfejlődéssel és csillagok modellezésével foglalkozó kutatójával, valamint Jared Goldberggel, a New York-i Flatiron Kutatóintézet asztrofizikusával dolgozott együtt. Most abban reménykednek, hogy az amerikai űrügynökség (NASA) által 1990-ben indított veterán űrtávcsővel sikerül megpillantani a Betelgeuze társcsillagát, amely a vörös szuperóriásnál jelentősen halványabb.
Mint Molnár elmondta, a hozzánk viszonylag közeli szuperóriás csillagot az asztrofizika kezdete óta vizsgálják, mert a kutatók tudni akarták, hogy mekkora, milyen messze van, milyen idős, és még meddig élhet. Az is régóta ismert, hogy a Betelgeuze meghatározott időközönként változtatja a fényességét, ami két eltérő jelenségre vezethető vissza. A rövidebb, nagyjából egyéves periódusú változásért a hatalmas csillag pulzációja – kitágulása, majd összehúzódása – felel, van viszont egy hosszabb, 2170 napos periódusú fényességváltozás is, aminek az eredetét az 1980-as évek óta próbálják megfejteni a csillagászok és asztrofizikusok.
Porfelhők takarják, pulzál, de ez még nem minden
A Betelgeuze az elmúlt években rejtélyes elhalványodásával, majd felfényesedésével szerepelt a hírekben, amelyek rögtön megindították a spekulációt, hogy a csillag hamarosan felrobbanhat. A 2019 novemberétől 2020 márciusáig tartó nagy elhalványodáskor mindenki az izgalmasabb lehetőségre gondolt, mondta Molnár, vagyis hogy biztosan valami átrendeződés zajlik a csillag belsejében, és hamarosan szupernóva lehet belőle. A mindössze 10 millió éves szuperóriás ugyanis egyike azon kevés közeli égitestnek, amely csillagászati értelemben a közeljövőben – néhány százezer éven belül – szupernóvává válhat.
Aztán három évvel ezelőtt egy nemzetközi kutatócsoport rájött, hogy a Betelgeuze elhalványodását egy, a csillag által létrehozott porfelhő okozta. Ezeknek a nagyon felpuffadt vörös óriás csillagoknak egy átlagos csillaghoz képest nagyon hideg a felszínük, mondta Molnár, és emiatt a róluk távozó csillagszél ki tud kondenzálódni, hogy porszemcséket alkosson. A Betelgeuze így lényegében egy folyamatosan táguló és újratermelődő porfelhőbe ágyazódik be, amely néha a Föld és a csillag közé kerül. Emiatt a mi nézőpontunkból a csillag fényessége időnként lecsökken. A szuperóriás elhalványodását Joyce és Molnár is vizsgálták, és 2020-ban közölt tanulmányukban azt találták, hogy a csillag az addig gondoltnál kisebb (a Nap átmérőjének 764-szerese) lehet és 25 százalékkal közelebb található a Földhöz, mindössze 530 fényévre.
De mi inspirálta arra a csillagászokat, hogy megpróbálják megoldani a hatéves fényességváltozási ciklusok évtizedes rejtélyét? Molnár elmondta, hogy a 2020-as tanulmányuk után tavaly kijött egy másik szakcikk, amely azt állította, hogy a 2170 napos periódusú változást valójában a csillag pulzációja okozza, és a Betelgeuze akár ezer éven belül felrobbanhat. Erre a magyar csillagász és kollégái reagáltak is, és megindult egy tudományos vita, amelynek apropóján Molnár Joyce-szal, majd később Goldberggel együtt ötletelni kezdett, hogy mi lehet a valódi mozgatórugója a hosszú távú fényességváltozásnak.
Az elmúlt évtizedekben, mint mondta, égboltfelmérésekből kiderült, hogy nemcsak a Betelgeuze, hanem számos más szuperóriás csillag is mutat hasonló, hosszú periódusú fényességváltozást (long secondary period, LSP), amelyek azonosításában Kiss László, a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont vezetője is szerepet játszott. Ezek megmagyarázására a kettősség – vagyis hogy a nagy csillag körül egy kisebb csillag, barna törpe, vagy Jupiterhez hasonló gázóriás kering – már korábban is létezett, mint hipotézis, és nem is lenne túl meglepő.
Nagy általánosságban a csillagok fele az kettős tag, és ahogy megyünk a nagyobb tömegek felé, a nagyobb tömegű csillagoknál ez elérheti a 70-80-90 százalékot is, mondta Molnár, vagyis „a nagy tömegű csillagok már nagyon gyakran kettősök”. Az is lehetséges, hogy a Betelgeuze-rendszer egykor három tagból állt, és a szuperóriás az elmúlt néhány millió évben egy közelebbi kísérőjét felfalta. Egy mérés alapján ugyanis a csillagász szerint úgy tűnik, hogy a szuperóriás gyorsabban forog, mint ami az ilyen típusú csillagoknál normális, és ezt a plusz forgási sebességet jelenleg egy beolvadó kísérő tudná legjobban megmagyarázni.
Goldberg meghívására Molnár és Joyce idén egy hetet töltöttek a New York-i Flatiron intézetben, ahol a Betelgeuzéről rendelkezésre álló adatok segítségével alaposan végigvették a lehetséges magyarázatokat. Ehhez a csillag fényességváltozását követő méréseket használtak, amelyeket részben az amerikai AAVSO szervezet amatőr csillagászokból álló megfigyelői és a Coriolis műholdon elhelyezett SMEI műszer készítettek, valamint a csillag felénk történő közeledésének és távolodásának sebességét megadó radiális sebesség adatokat, amiket a Tenerifén elhelyezett STELLA robotteleszkóp rögzített.
Nem csoda, hogy rejtve maradt a kisebb csillag
A három szakember fokozatosan elkezdte kizárni a hatéves fényességváltozás lehetséges magyarázatait, amiket tanulmányukban végig is vesznek: ilyenek a csillagban zajló konvekció, a mágneses tér hatásai, csillagfoltok, vagy a Betelgeuze forgása. „Ki tudtuk zárni a többi feltételezést különböző megfontolások alapján, másrészt miután kiszámoltuk, hogy ha kísérő, akkor annak milyenek lehetnek a paraméterei, abból nem kaptunk teljes nonszensz számokat” – mondta Molnár, így végül „arra jutottunk, hogy a kísérőcsillag a legvalószínűbb jelölt” a jelenség megmagyarázására.
A mérések és modellek azt sugallják, hogy a kisebb csillag a Betelgeuze túlsó oldalára söpri a szuperóriás által termelt port, és így a társcsillag és a legsűrűbb por helyzete mindig 180 fokban eltér, amit Molnár meglepő felfedezésnek nevezett. És ez az, ami valójában a hatéves periódusú fényességváltozásért felelhet, ugyanis amikor a kisebb csillag a szuperóriás felénk eső oldalán jár, nincs körülötte számottevő por, így fényességi maximumot látunk, míg amikor a túlsó oldalán, akkor észleljük a Földről a legnagyobb pormennyiséget és a fényességi minimumot.
A kísérő csillag a szakemberek szerint a Napnál kissé nagyobb (1,17 naptömegű) lehet, és relatíve közel kering a szuperóriás csillaghoz, 1,3 milliárd kilométerre (a Betelgeuze sugarának 2,4-szeresére). Ez nagyjából olyan messze van, mint a Naptól a Szaturnusz, amely távolság elegendő ahhoz, hogy a kisebb csillag stabilan fenn tudjon maradni.
Elsőre különösnek tűnhet, hogy miért nem észleltünk egy Nap méretű csillagot az egyik legjobban vizsgált égitest körül, amelynek felszínéről még felvételeink is vannak. Molnár szerint ez rögtön érthető, ha azt nézzük, hogy a Betelgeuze több mint 700-szor nagyobb a kísérőjéhez képest, fényessége pedig a kis csillagénak 100 000-szerese, vagyis a legnagyobb felbontású teleszkópokkal sem nagyon lehet kimutatni. „Nem csoda, hogy senki nem vette észre” – mondta.
Decemberben próbálhatják meg detektálni a Hubble-lel
Nem sokkal azután, hogy augusztusban közzétették preprintjüket (bírálaton még nem átesett tanulmány) az arXiv felületén, Morgan MacLeod, a Harvard Egyetem asztrofizikusa vezetésével egy független kutatócsoport is közzétett egy preprintet, és szintén arra jutott, hogy a Betelgeuzének egy kísérőcsillaga lehet. „Nekik volt régebbi mérésük is” – mondta Molnár, és bár eredményeik nagyjából egybevágnak az övéikkel, a kísérőcsillag méretét a hosszabb időtávot lefedő adataikkal kisebbre becsülik.
Ez pedig eldöntheti azt, hogy a csillag a jelenleg elérhető technológiákkal közvetlenül is kimutatható-e. „Ők azt írják, hogy ha ez ilyen kicsi, akkor gyakorlatilag semmilyen hullámhosszon nem kimutatható a Betelgeuze mellett, mert az minden hullámhosszon túlvilágítja. Mi meg azt mondjuk, hogy talán UV-ban van esély” – mondta.
Molnár és kollégái jelenleg távcsőidőre pályáznak a Hubble űrtávcsövön, hátha ultraibolya tartományú mérésekkel ki lehet mutatni a kísérő jelenlétét. Ezt megnehezíti, hogy a Betelgeuzének kiterjedt kromoszférája van, és az ezáltal leadott UV-sugárzás megzavarhatja a méréseket. Ha igazuk van, a kísérő a Földtől nézve decemberben lesz oldalirányban legmesszebb a szuperóriástól, így ekkor lesz a legnagyobb esély arra, hogy az űrtávcső ki tudja mutatni.
Ha a hatéves fényességváltozást tényleg egy másik csillag, és nem a Betelgeuze belső változásai okozzák, akkor még legalább 100 000 évet kell várni arra, hogy szupernóva legyen belőle. Ezt a kísérőcsillag Molnár szerint simán túléli majd, és még évmilliárdokig világíthat a szuperóriás neutroncsillaggá vagy fekete lyukká vált maradványa körül, életében először túlragyogva nagyobb tömegű társát.
Kapcsolódó cikkek a Qubiten:
