Szilikátszemcsék egy fiatal csillag körül

Az ELKH Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetének (CSFK CSI) munkatársai által vezetett nemzetközi kutatócsoport az EX Lupi jelű fiatal csillag korongját vizsgálta a James Webb-űrtávcső MIRI műszerével (Mid-Infrared Instrument, magyarul: közép-infravörös berendezés). A műszer kivételes érzékenységének köszönhetően a kutatók az EX Lupi 2008-as kitörésekor létrejött kristályos szilikátokat azonosítottak, valamint az élet kialakulásához szükséges gázmolekulák – többek között szén-monoxid és vízpára – jeleit is észlelték a csillag korongjának infravörös színképében. A korábban már megfigyelt és most újra azonosított szilikátszemcsék idővel beépülhetnek a keletkező jeges üstökösmagokba, ami arra is magyarázatot adhat, hogy miért olyan gyakoriak a naprendszerbeli üstökösökben a kristályos szilikátok. A kutatás eredményeit bemutató publikáció az Astrophysical Journal Letters tudományos folyóiratban jelent meg.

A Nap kis testvérének is tekinthető EX Lupi mindössze néhány millió éves, tömege pedig csupán 60 százaléka a Napénak. A csillag jelenleg is gyűjti az anyagot a körülötte lévő por- és gázkorongból, amelyben üstökös- és bolygókezdemények is kialakulhatnak. Az anyagáramlás üteme a csillagra nem egyenletes, időről időre több nagyságrenddel megnő. E kitörések során a csillag környezete jelentősen felforrósodik.

A jelen tanulmány vezető kutatói 2008-ban egy ilyen kitörés során figyelték meg első ízben kozmikus körülmények között, hogy az amorf szerkezetű szilikátszemcsék kristályossá alakultak, vagyis szerkezetük rendezetlenből rendezetté vált. Ez a folyamat a kitörés során felszabadult hő hatására zajlott le a korong belső részén, a csillagtól mért 1 csillagászati egységen, vagyis az átlagos Nap-Föld távolságon (150 millió km) belül. A kitörés 2008-ban befejeződött, a frissen keletkezett szilikátkristályok pedig a kutatók feltételezése szerint a csillag- vagy korongszél hatására elindultak kifelé. A csillagászoknak az elmúlt 15 évben azonban nem volt olyan eszközük, amellyel a lassan hűlő kristályok gyenge jeleit detektálhatták volna.

Az EX Lupi körüli korong infravörös színképe a James Webb-űrtávcsővel készített felvételen. A kutatók számos molekula és szilárd porszemcse színképi jelét azonosították.

Forrás: ELKH / Kóspál et al. 2023

A James Webb-űrtávcső segítségével a kutatók most bizonyítékot találtak arra, hogy a 2008-as kitörés során létrejött, akkor még forró kristályok 2022-ben még mindig ott voltak a korongban, ekkor azonban már 3 csillagászati egység távolságra jártak a csillagtól. Érdekes módon az EX Lupi korongjában éppen ebben a távolságban található a jégvonal (hóhatár), ahol a hőmérséklet elég alacsony ahhoz, hogy a víz megfagyjon. A most újra felfedezett kristályos porszemcsék, melyekről a kutatóknak 15 évig nem volt információjuk, 2022-re tehát a csillag körüli korong hidegebb részére érkeztek, így eléggé lehűltek ahhoz, hogy jégburok rakódjon rájuk. Ezek a szemcsék idővel beépülhetnek a keletkező bolygókba és jeges üstökösmagokba, melyeknek a víz- és szén-monoxid-jég mellett a kristályos szilikátok a legfontosabb összetevői. Az új megfigyelések így arra is magyarázatot adhatnak, hogy miért olyan gyakoriak a naprendszerbeli üstökösökben a kristályos szilikátszemcsék.

Az EX Lupi korongjáról készült páratlan felbontású infravörös színképben a kutatók számos gázmolekula ‒ többek között szén-monoxid, szén-dioxid, hidrogén-cianid, acetilén és víz ‒ jelét is azonosították. Ezek a molekulák fagyottan az üstökösöket, gáz formájában pedig a kialakulóban lévő bolygók légkörét építhetik fel, és további kémiai folyamatok során akár az élet számára létfontosságú komplexebb molekulákat is alkothatnak.

A kutatás eredményeit bemutató tanulmány első szerzője Kóspál Ágnes, a CSFK CSI tudományos tanácsadója, akinek munkáját az Európai Kutatási Tanács (ERC) is támogatja. A tanulmány elkészítésében magyar, amerikai és német kutatóintézetek munkatársai vettek részt.