A NASA Kepler-programja keretében csillagászok a távoli csillagokról valaha kapott legpontosabb méréseket vizsgálták.

A Kepler Asztroszeizmológiai Tudományos Konzorcium (KASC) olyan egyedülálló eredményeket tett közzé, melyek alapjául a Kepler exobolygó-kereső űrtávcső soha nem látott pontosságú, folyamatos fényességmérései szolgáltak. A távoli csillagok előtt elhaladó bolygók csekély halványodást, azaz fedést okoznak szülőcsillaguk fényében. A Kepler-űrtávcső ezt a kis fényváltozást mérve keresi a Föld távoli ikertestvéreit. A 2009 márciusában indított műszer 3 és fél évig egyetlen égboltterületet figyel folyamatosan, miközben 156,000 csillag fényességét méri a Földről elérhetőnél több nagyságrenddel pontosabban. Az új felfedezések jól demonstrálják a Kepler hozzájárulását a csillagok működésének pontosabb megértéséhez. Az eredményeket az Aarhus-i Egyetemen, a KASC központjában jelentették be egy NASA sajtókonferencia keretében. Figyelemre méltó, hogy a konzorcium tizenhárom munkacsoportja közül kettőt az MTA Konkoly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézetének kutatói vezetnek.

A most bejelentett felfedezések közül az egyik legfontosabb az RR Lyrae csillagokkal kapcsolatban született. Ezek az égitestek a pulzáló változócsillagok egy csoportját alkotják, fényváltozásuk régóta ismert, annak oka alaposan ismert, emiatt gyakran használják őket kozmikus távolság-meghatározásra. Fényességük akár kétszeresére is megnőhet egy-két óra alatt, összehúzódásuk és kitágulásuk jellemzően fél napig tart. Az RR Lyrae csillagok legalább felénél azonban a fényváltozás erőssége és a periódus nagysága néhány hetes-hónapos időskálán változik, ezt Blazhko-effektusnak hívjuk. Habár a jelenség több, mint egy évszázada ismert, eredete a mai napig nem tisztázott, és egyike a csillagok pulzációjával kapcsolatos legfontosabb problémáknak.

A KASC nemzetközi konzorciumban a csillagtípus elméleti vizsgálatait Szabó Róbert (MTA KTM Csillagászati Kutatóintézet) irányítja. Az általa vezetett kutatócsoport a Kepler-űrtávcsövet használva olyan új jelenséget fedezett fel a Blazhko-modulációt mutató RR Lyrae csillagok egy csoportjánál – köztük a névadó csillagnál is, ami mérföldkőnek számíthat a Blazhko-jelenség magyarázatára irányuló vizsgálatokban. A periódus-kettőződés, mely a pulzáció okozta fényváltozás maximumainak váltakozásában érhető tetten, jól ismert dinamikai folyamat, azonban megjelenése az RR Lyrae csillagok esetében teljesen váratlan volt. A Kepler nélkül annak ellenére nem sikerült korábban megfigyelni, hogy némely csillagra már több évtizedes megfigyelési anyag gyűlt össze földi megfigyelések révén. A meglepő felfedezéshez az ultrapontos és folyamatos megfigyelések nélkülözhetetlennek bizonyultak. A Kepler az általa megfigyelt csillagmezőben mintegy 40 RR Lyrae típusú csillagról szolgáltatott a földi megfigyeléseknél százszor-ezerszer pontosabb adatokat.

Minthogy az új jelenséget csak a Blazhko-modulált csillagok mutatják, méghozzá a moduláció jól meghatározott fázisaiban, így nagy biztonsággal kijelenthető, hogy a periódus-kettőződés és a Blazhko-effektus szoros kapcsolatban vannak. Az eredményt még értékesebbé teszi, hogy a magyar csillagászok elméleti számításokkal is igazolták a jelenség létrejöttét, és hidrodinamikai modellek segítségével annak okára is fényt derítettek. Számításaik alapján a periódus-kettőződést egy magas rendű rezonancia okozza, mely a pulzációs alapmódus és egy másik pulzációs módus (felhang) között jön létre. Ilyen kölcsönhatásokra korábban nem fordítottak figyelmet, ezért a felfedezés minden bizonnyal új irányba tereli a témával foglalkozó asztrofizikusok érdeklődését. A magyar kutatók reményei szerint legújabb eredményük áttörést hozhat az RR Lyrae csillagok modulációját övező évszázados rejtély megértésében.

A mostani eredmények mindegyike a csillagok rezgéseinek vizsgálatával születtek, az erre épülő tudományág neve asztroszeizmológia. A csillagok többségében kimutatható oszcillációk felhasználhatók arra, hogy a csillagok belsejét vizsgáljuk, hasonlóan, ahogy a szeizmológusok a Föld szerkezetét tanulmányozzák a földrengéshullámok vizsgálatával. A csillagok körül keringő bolygók jellemzőit akkor lehet kellő pontossággal megismerni, ha a szülőcsillag paramétereit is képesek vagyunk elég pontosan megmérni. Éppen ezért a bolygókkal rendelkező csillagok esetében különösen izgalmas az asztroszeizmológia alkalmazása, hiszen ez az egyetlen módszer, amely pontos méret és kormeghatározást tesz lehetővé. A Kepler pontosan ezt a lehetőséget kínálja a kutatóknak. A korábban jelentéktelennek tartott, KIC 11026764 jelű csillagot a Kepler-mérések Travis Metcalfe (NCAR, Boulder, Colorado) vezette analízise egy csapásra a legalaposabban ismert csillaggá tette a Napot leszámítva. Korára 5,94 milliárd év adódott, átmérője pedig 2,05-ször akkora, mint a Napé. Az égitest központi csillagunknál előrehaladottabb fejlődési állapotban van, úton a felfúvódott vörös óriás állapot felé. Bár a KIC 11026764 jelű csillag körül jelenleg nem ismerünk bolygókísérőt, a Kepler-adatok megmutatták, hogy az asztroszeizmológiai módszer tökéletesen működik, és fontos szerepe lesz az exobolygók vizsgálatában is.

A Kepler a Nap késői fejlődési állapotát tükröző vörös óriások közül több, mint ezret figyelt meg. Kivétel nélkül mindegyik mutatja azokat a parányi rezgéseket, melyek lehetővé teszik, hogy szerkezetükről bővebb információhoz jussunk. A most közzétett eredmények, melyek Daniel Huber (University of Sydney) és Thomas Kallinger (University of Vancouver) által vezetett vizsgálatok nyomán születtek, messze a legjobb lehetőséget kínálják arra, hogy a Nap és a csillagok fejlődésére kidolgozott modelljeinket ellenőrizhessük. Megerősítést nyert, hogy Napunk kb. 6 milliárd év múlva óriás csillaggá fúvódik fel, s ebben az állapotában a jelenleginél ezerszer több energiát fog kibocsátani egységnyi idő alatt. Mivel a Kepler-vizsgálatokba a csillagok óriási mintája bevonható, így nem csak Napunkról, de egész Galaxisunk fejlődéséről és jövőjéről is többet tudunk meg a csillagszeizmológia segítségével.

A Kepler-programról a http://kepler.nasa.gov, az asztroszeizmológiai konzorcium eredményeiről pedig a http://astro.phys.au.dk/KASC oldalon olvashatnak részletesen.

Szabó Róbert
MTA KTM Csillagászati Kutatóintézet