A NASA két csúcsműszerét használták magyar kutatók egy különleges, fiatal kettős csillagrendszer titkainak felderítésére

A DQ Tau rendszerben két fiatal csillag kering egymás körül elnyúlt pályán, 16 napos periódussal. Mindkét csillag tömege mintegy fele csak a Napénak. A rendszer a Bika csillagképben található, egy tőlünk 450 fényév távolságban levő csillagkeletkezési területen. A csillagok nagyon fiatalok, nagyjából 1 millió évvel ezelőtt alakultak ki, és körülöttük még megtalálható a por- és gázanyagból álló korong. Ennek a korongnak központi szerepe volt a kettőscsillag felépítésében, sőt még mindig áramlik belőle anyag a csillagokra. Lehetséges, hogy bolygók is keletkeznek benne, bár ezek megfigyeléséről még nem érkezett hír.

A Kepler űrtávcső K2 küldetése során számos fiatal csillagot figyelt meg a Bika csillagképben, közöttük egy sikeres magyar pályázat eredményeképpen a DQ Taut is. A megfigyelések rendkívül pontos fényességértékeket szolgáltattak, melyek alapján érzékelhetővé vált, ahogyan a kettőscsillag látható tartománybeli sugárzása időben változott. A magyar kutatók javaslatára a Kepler-mérésekkel összehangolva a Spitzer űrtávcső is célba vette a DQ Taut, és infravörös hullámhosszon szolgáltatott információt a korong anyagának hősugárzásáról és ennek változásairól.

A DQ Tau fényességváltozásai a forgás okozta szinuszos moduláció kivonása után. A pirossal jelölt pontok a flerek, a kékkel jelöltek során történt fényelnyelés. Minden más változékonyság az anyagbehullásnak köszönhető. A függőleges vonalak jelzik, amikor a két csillag a legközelebb van egymáshoz. Forrás: Kóspál Ágnes és munkatársai, 2018, ApJ, 862, 44.

Csillagfoltok, kifényesedések, anyagbehullás és fényelnyelés a DQ Tau rendszerben

A két csúcsműszer adatai, kiegészítve az MTA CSFK Csillagászati Intézet Piszkéstetői Obszervatóriumában végzett különböző színszűrőkkel készült mérésekkel egyértelműen megmutatták, hogy a csillagok felszínét kiterjedt foltok borítják. Bár a Nap esetében is láthatunk napfoltokat, ezek kevesebb mint 4%-át borítják a Nap felszínének, míg a DQ Tau rendszerben ez az arány elérheti az 50%-ot is. A csillagfoltok a csillagok erős mágneses tere következtében létrejövő nagyfokú csillagaktivitás következtében alakulnak ki, és a csillagok 3 napos tengelyforgása során periodikusan láthatóvá válnak.

A kutatók kimutatták az erős mágneses tér egy másik figyelemre méltó következményét is, a nagy energiájú csillagfelfényléseket, azaz flereket. Hasonló fizikai jelenségek megfigyelhetők a Napon is, ahol a flerek rövid időre megnövelik a Nap fényességét, és nagy sebességű elektronokat, ionokat és atomokat juttatnak ki a napkoronába és a bolygóközi térbe. A DQ Tau esetében azonban e flerek során sokkal több energia szabadul fel. Míg a Napon a legnagyobb energiájú felfénylések során 10²⁵ Joule energia szabadul fel néhányszor tíz perc leforgása alatt, a DQ Tau rendszerben ennél tízszer vagy százszor több a kibocsátott energia.

Fantáziarajz egy, a DQ Tauhoz hasonlító fiatal kettős rendszerről Forrás: NASA/ESA/JPL-Caltech

A kettőscsillag mindkét tagja erősen elnyúlt pályán kering, aminek következtében a csillagok 16 naponta megközelítik a rendszert körülvevő por- és gázkorong belső peremét, és onnan anyagot vonzanak a rendszer belsejébe. Ez a behulló anyag végül a középpontban megérkezik valamelyik csillag felszínére, jelentős mértékben megnövelve a csillagok fényességét egy rövid időre. Az erősebb megvilágítás hatására a korong belső része felmelegszik, ami a Spitzer űrtávcső által megfigyelhető megnövekedett hősugárzáshoz vezet. A kutatócsoport kimutatta, hogy minden 16 napban átlagosan 10²⁰ kg anyag hullik rá a csillagokra a korongból. Ez annyi, mint a Szaturnusz Enceladus holdjának vagy a Naprendszer egyik legnagyobb aszteroidájának, a Pallasnak a tömege.

Az anyagbehullás a korong belső pereméről a csillagok felszínére valószínűleg bonyolult útvonalon történik, részben mivel a két keringő égitest komplex és folyton változó gravitációs teret hoz létre, részben pedig mert a csillagok erős mágneses tere szabja meg, hogy merre áramlanak a töltött részecskék. A Kepler fotometriai idősorainak elemzéséből az MTA kutatói megállapították, hogy a behulló anyag időről időre bekerül a látóirányunkba, és részben elfedi a csillagok fényét, így a rendszer a várakozásokhoz képest halványabb.

A Kepler és a Spitzer űrtávcső Forrás: NASA/JPL-Caltech/Wendy Stenzel, NASA/JPL-Caltech

Magyar eredmények nemzetközi csúcsműszerekkel

„A DQ Tau fiatal kettős rendszer egyedülálló abban az értelemben, hogy négy különböző fizikai jelenséget: csillagfoltokat, flereket, anyagbehullást és a látóirányban fényelnyelést sikerült megfigyelni, melyek egy időben hatnak, és változtatják a csillagok fényességét” – mondta Kóspál Ágnes, a kutatás vezetője, az Európai Kutatási Tanács Starting Grant ösztöndíjának nyertese. Az, hogy a kutatók el tudták különíteni a négyféle hatást az űrtávcsövek a Föld felszínéről elérhetetlen fotometriai pontosságának köszönhető. A DQ Tau további tanulmányozása segít majd abban, hogy a kutatók valódi „Tatooine-szerű” csillagrendszereket fedezhessenek fel, és megérthessék keletkezésüket és fejlődésüket. Ezek a kérdések ma aktuálisabbak, mint valaha, mivel egyre több eredmény utal arra, hogy a Naphoz hasonló csillagok többsége ilyen többes rendszerben született, és csak később bomlanak fel különálló csillagokra az egymás közötti dinamikai kölcsönhatások eredményeképpen.

A sajtóhír alapjául a következő, az Astrophysical Journal című folyóiratban megjelent publikáció szolgált: Kóspál Ágnes, Ábrahám Péter, Zsidi Gabriella, Vida Krisztián, Szabó Róbert, Moór Attila, Pál András: „Spots, flares, accretion, and obscuration in the pre-main-sequence binary DQ Tau”.