Számos érdekes cikk jelent meg az elmúlt napokban-hetekben a Kepler eredményeiből, ezúttal nem exobolygókhoz, hanem csillagokhoz kapcsolódóan. Az első publikációk után már gyűlnek az olyan asztrofizikai eredmények is, amik beférnek a két vezető természettudományos folyóirat, a Science és a Nature hasábjaira is.

Ebben a posztban a Nap-típusú oszcillációkhoz kapcsolódó munkákat veszem át, a hierarchikus hármas rendszerekről és a Derekas Alíz vezette cikkről majd a következőben lesz szó. Csapjunk is bele a lecsóba.

Csillagrezgések

A csillagok első közelítésben nagy, forró gázgömbök, melyekben meghatározott frekvenciájú rezgések, oszcillációk jöhetnek létre. Megfigyelve ezeket, következtetni tudunk a csillag tulajdonságaira, ahogy például egy harang hangjának mélységéből is következtetni lehet a méretére. Csak ugye ebben az esetben nem a fülünkre, hanem a szemünkre hagyatkozunk, azt figyelve, hogyan változik a csillag fényessége az időben. A hullámok ugyanis forróbb és hidegebb, fényesebb és halványabb területekként jelennek meg a csillag felszínén. Ha ezek az oszcillációk képesek tartósan fennmaradni valamilyen energiaáramlás-szabályozó mechanizmus (szelep) révén, akkor a megfelelő periódusú rezgések globális mozgássá nőhetnek, és hagyományos csillagpulzációról beszélünk. Ezt a jelenséget már lassan száz éve ismerjük és még régebbről vannak megfigyeléseink. Ha viszont ez nem történik meg, akkor rezgések, hullámok jönnek-mennek, mint a Napon is: nem jön létre nagy globális mintázat, és precíz műszerek kellenek ezeknek a folyton gerjesztődő majd lecsengő mozgásoknak a kimutatásához. Ugyanez igaz a csillagokra is, ahol még csak a csillagkorongot sem látjuk felbontottan, csak a felénk forduló félgömb integrált fényességét. Éppen ezért a Kepler előtt csak úgy két tucat - nem klasszikus pulzáló - csillag oszcillációit sikerült csak detektálni, annak is nagy részét a MOST és CoRoT űrtávcsövekkel. A Kepler viszont itt is új távlatokat nyitott: 500 Naphoz hasonló csillagot tettek közzé egyetlen cikkben, melyeknél sikeresen detektált ilyen rezgéseket, gyakorlatilag az űrtávcső ahova néz, ott oszcillációkat lát. Egyrészt ez igen fontos a bolygók szempontjából, mert ezekből az adatokból sokkal pontosabban lehet a csillag és így (a fedés paramétereiből) a bolygó sugarát meghatározni. Másrészt ekkora mintával már komoly statisztikai vizsgálatokat lehet végezni, például a tömeg, sugár és kor elosztását összevetni más eredményekkel, például a különböző tömegű csillagok keletkezési gyakoriságát leíró kezdeti tömegfüggvénnyel, vagy a Tejútrendszer-modellekkel. A hanggá konvertált fényváltozások meghallgathatóak itt.

Az oszcillációk periódusai és periódus-viszonyai sok mindent elárulnak a csillagokról. Detektálni viszont nem egyszerű ezeket az apró változásokat, a skála árulkodik a nagyságukról, ami ezred- sőt tízezredrésze az összintenzitásnak.

Hullám hullám hátán

De menjünk még jobban bele a részletekbe. Egyrészt a csillagokban kétféle hullám terjedhet, a visszatérítő erőtől függően. Ha ez a nyomás, akkor hanghullámokról van szó, ha pedig a gravitáció, akkor a vízhullámokhoz hasonlóakról. Ezek különböző csillagokban különböző helyeken dominálnak: Naphoz hasonló csillagokban a hanghullámok a felszínhez közel, a (...gravitációs hullámok? de azok nem ezek, legyen akkor szakzsaron) g-módusú hullámok magban vannak jelen nagy amplitúdóval. Ez azért sajnálatos, mert a mag tulajdonságairól nagyon szeretnénk információhoz jutni. De ezért van nekünk a Kepler. Két cikk is (egy a Science-ben, egy a Nature-ben) beszámolt a magba lejutó hullámok megfigyeléséről. Az egyik cikkben ún. kevert módusokat detektáltak, olyan hullámokat, melyek a magban dominálnak, de kis amplitúdóval kijutnak a csillag külső régióin át a felszínre. Ezek pontos periódusarányai pedig a mag és a konvektív köpeny közti sűrűségkülönbségtől függenek, vagyis megfigyelésükkel pontosíthatjuk a csillagmodellek szerkezetét.

 Hullámok egy csillag belsejében.

Begyulladva

De másban is segíthetnek ezek az oszcillációk. Amikor a csillagok magjában a hidrogén már nem képes fenntartani a fúziót, a csillag külseje kitágul és lehűl, vörös óriássá válik, míg magja elkezd összehúzódni. Emiatt a belső sűrűsödés miatt a magon kívül egy keskeny rétegben a hidrogén ismét képes lesz héliummá egyesülni, és az energiatermelést ez a hidrogénhéj-égés biztosítja. Egy idő után aztán a mag is összehúzódott annyira, hogy három héliummag képes széné egyesülni (a berillium-8 igen rövid életű mag, ezért gyakorlatilag azonnal találkoznia kell még egy héliummal, hogy a szén létejöjjön). A probléma az volt, hogy bár eltérő fejlődési állapotot képviselnek, ezeket a csillagokat méret vagy szín alapján nem lehetett megkülönböztetni egymástól. A Keplerrel azonban most először sikerült az oszcillációk perióduskülönbségei alapján elkülöníteni a két csoport tagjait. Ez már csak azért is nagy eredmény, mert a héliumot égető csillagok maguk is két csoportra oszlanak. A kisebb tömegűek magja annyira összepréselődik, hogy az anyag degenerálttá válik, pont mint a fehér törpékben. Emiatt a hélium sokkal nagyobb banggal gyullad be (a degenerált anyag sűrűsége nem függ a hőmérséklettől, vagyis a fúzió beindulásakor villámgyorsan hevülhet kitágulás nélkül addig, amíg a degeneráltság meg nem szűnik), mint nagyobb csillagokban. De ennek az ún. hélium-villanásnak szintén nem marad megfigyelhető nyoma, mire hatása a felszínre érne. A vizsgálatok alapján viszont ez a két csoport is elkülöníthető az oszcillációk révén, az héliumvillanást produkáló csillagok felső határa pedig 2 Naptömeghez esik.

A Napra is ez a sors vár pármilliárd év múlva.  Amikor a héliumfúzió is kimerül, jön a planetáris köd, majd a fehér törpe állapot.

És még számos egyéb asztrofizikai eredményt produkált a Kepler, tessék csak megnézni a publikációk listáját itt, négy hónap alatt több, mint 50 cikk jelent meg (vagy tart afelé), annyi mint tavaly egész évben. Legközelebb két hasonló csillagrendszert, hierarchikus hármast vizsgálunk meg közelebbről.