Először láthatjuk egy foltos csillag felszínét – az MTA CSFK csillagásza a nemzetközi kutatócsoportban

Első alkalommal sikerült egy foltos csillag felszínét közvetlenül, az interferometria módszerével „lefényképezni”, jelentette be egy magyar taggal is rendelkező nemzetközi kutatócsoport a Nature tudományos folyóiratban.

2016. május 5.

A A Nature-ben most megjelent cikk itt érhető elnapfoltokat, a Nap felszínén időről időre megjelenő sötétebb területeket távcsöveinkkel részletesen meg tudjuk figyelni. A nagy távolságok miatt azonban gyakorlatilag az összes többi csillagot pontszerű forrásként látjuk az égen, a felszínükről a legjobb távcsöveink sem képesek részleteket megmutatni. Egy távcső által alkotott kép szögfelbontása arányos a távcső átmérőjével, tehát a csillagok esetében kézenfekvő volna minél nagyobb távcsövek használata. A gyakorlatban a földfelszíni optikai eszközökkel, például óriástávcsövekkel elérhető legjobb felbontás kb. 0,5 ívmásodperc:

ekkora szög alatt látszik egy hajszál átmérője 50 méter távolságból.

Ám még ez sem elegendő ahhoz, hogy egy csillag felszínén a foltokat vizsgálhassuk. Létezik azonban egy méréstechnikai eljárás, az interferometria, amellyel a szögfelbontás tovább növelhető.

Hat távcső – „hajszálnyival” nagyobb felbontás

Az interferometria lényege leegyszerűsítve az, hogy több, egymástól nagyobb távolságra elhelyezett távcsövet egyszerre fordítanak a vizsgálandó objektum felé, és a távcsövekbe beérkező fénynyalábokat egymással kombinálják. Ezzel a módszerrel olyan szögfelbontás érhető el, amely megfelel egy akkora átmérőjű távcsőnek, mint amekkora az összekapcsolt távcsövek közötti távolság.

A 2000-es évek első évtizedében hat távcső összekapcsolásával hozták létre az amerikai Mount Wilson Observatory-ban a Center for High Angular Resolution Astronomy (Nagy Szögfelbontású Csillagászati Központ, CHARA) elnevezésű interferométert. A CHARA hálózat 1 méter átmérőjű távcsövei közötti legnagyobb távolság 330 méter, az eszköz határfelbontása pedig 3 tízezred ívmásodperc. Egy hajszál átmérője kb. 85 kilométer távolságból látszik ilyen kis szög alatt. A CHARA jelenleg a legjobb szögfelbontású optikai eszköz a világon, így vele nyílik a legjobb esély más csillagok felszínének megismerésére.

A CHARA hálózat hat távcsöve három kar mentén helyezkedik el a többi távcső között a Mount Wilsonon Forrás: CHARA

A csillagfoltok direkt megfigyelésén dolgozó 15 fős nemzetközi kutatócsoport Rachael Roettenbacher (University of Michigan, USA) vezetésével a ζ Andromedae nevű kettőscsillagot vette célba, amelynek távolsága tőlünk 180 fényév. A ζ Andromedae rendszer fényesebb tagja egy, a Napunknál 16-szor nagyobb vörös óriáscsillag, a kísérő pedig egy halvány törpecsillag. A komponensek viszonylag közel vannak egymáshoz, a keringési idejük 18 nap. Az óriáscsillagról a kutatók már régóta sejtik, hogy felszínét foltok borítják, ám erre mindeddig csak közvetett bizonyítékaik voltak, a csillag színképvonalainak elemzésén alapuló Doppler-leképezések alapján.

Hogyan forog egy távoli csillag?

A ζ Andromedae-t a CHARA interferométer-hálózat hat távcsövével és a hozzájuk kifejlesztett fénynyaláb-kombináló eszközzel, a MIRC-szel 2011. július 9–22. között 11 alkalommal, míg 2013. szeptember 12–30. között összesen 14 alkalommal sikerült megfigyelni. Az interferometrikus képalkotás olyan újszerű megközelítéssel történt, amely a Doppler-leképezés egyik alapgondolatát vette kölcsön. A kutatók az éjszakáról éjszakára készített „pillanatfelvételek” alapján rekonstruálták a csillag felszínének képét az egyes észlelési szezonok idejére. Ehhez egy olyan felszíni folttérképet kellett előállítaniuk, amely számot adott a foltok eloszlásának változásáról, ahogy a csillag körbefordult. Ez egyáltalán nem magától értetődő feladat, ugyanis amellett, hogy a csillagkorong képe a csillag forgása miatt éjszakáról éjszakára eltérő, magának a csillagkorongnak az orientációja is folyamatosan változik a Föld forgása miatt.

Éppen ezért a képalkotás során nagy segítséget jelentett az interferometrikus mérésekkel egyidőben zajló spektroszkópiai megfigyeléssorozat, amelyben vezető szerepe volt Kővári Zsoltnak, az MTA CSFK Csillagászati Intézet főmunkatársának. A csillag színképében a foltok is nyomot hagynak, ezeket kielemezve klasszikus Doppler-rekonstrukció is készült a felszínről. Tehát a foltok feltérképezése párhuzamosan, két független módszerrel is zajlott, és a közvetlen képalkotás eredménye összevethető lett a közvetett módszerrel nyert térképpel.

A ζ Andromedae kettős csillagrendszer egy korábbi, 2007-es Doppler-leképezés alapján. Ekkor is megvolt a poláris folt a tetején Forrás: Bartus János

Idegen csillag idegen foltokkal

A ζ Andromedae felszíni foltjainak közvetlen megfigyelése két lényeges megállapításhoz is vezetett: az egyik, hogy a csillag felénk néző pólusán 2011-ben és 2013-ban is látható egy nagy kiterjedésű hideg folt (a hideg itt azt jelenti, hogy a 4600 K-es alaphőmérséklethez képest kb. 800 fokkal hidegebb). A poláris, sarkvidéki foltok létezése jelentősen különbözik attól, amit a Napon megfigyelhetünk. A napfoltok az alacsony szélességekre korlátozódnak, az egyenlítőtől legfeljebb a 40°-os északi és déli szélességi körökig bezárólag fordulnak elő, a pólusokon azonban semmiképpen sem. Éppen ezért, bár közvetett eredmények már korában is léteztek, poláris foltok létezését más csillagokon sokáig megkérdőjelezték. A ζ Andromedae interferometrikus képe azonban a poláris foltok létének döntő bizonyítéka.

A másik érdekesség, hogy míg 2011-ben az összes csillagfolt leginkább az egyik féltekére koncentrálódott, a 2013-as képen az új foltok már az egyenlítő túloldalán, az állandó sarki folttal ellentétes féltekén tűntek fel. A Nap megfigyelése alapján tudjuk, hogy a napfoltok a mágneses tér felszínre törő erővonalainak nyomjelzői. A mágneses tér felerősítése és felszínre jutása pedig a Napban zajló dinamóhatásnak köszönhető. A Napon azonban nem tapasztalunk a foltok eloszlásában jelentkező észak-déli aszimmetriát, a napfoltok az egyenlítőre szimmetrikusan tűnnek fel. A kutatók ebből pedig arra következtetnek, hogy a ζ Andromedae belsejében a Napétól eltérő dinamómechanizmus működik az óriáscsillagban. A megfigyelések alapján egyértelmű, hogy a Nap és más csillagok mágneses tere és az általuk keltett csillagfoltok igen különbözőek lehetnek, viszont ezek a mai technológiánkkal már akár közvetlenül is megörökíthetőekké váltak.

A kutatást az OTKA-109276 pályázat (vezető kutató: Kővári Zsolt) és az MTA Lendület (2009) programja (vezető kutató: Kiss L. László) támogatta.

Az eredeti cikk itt olvasható.