HTML

Pulzáció dinamika

Ez egy csillagászati témájú, azon belül is a változócsillagászat egyik izgalmas kérdésével foglalkozó kutatói blog. A bemutatott kutatás a TÁMOP-4.2.4.A/2-11/1-2012-0001 Nemzeti Kiválóság Program című kiemelt projekt keretében zajlik. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

csillagászat.hu

Nincs megjeleníthető elem

Bevezető

Plachy Emese 2014.01.17. 13:29

Sok csillag változtatja fényességét, ez régóta tudott. A fényváltozásnak több oka lehet: például gyakran egy kísérő csillag jelenléte okozza, mely időszakosan elfedi. A társcsillag közelsége a csillaganyag átáramláshoz is vezethet, melyet heves kitörések kísérnek. A fiatal csillagok körül kialakuló anyagkorong szintén okozhat fényváltozást. A csillag mágneses terének aktivitása is szerepet játszhat. Azonban itt egy olyan fényváltozási mechanizmussal foglalkozom, melyet úgy neveznek, hogy pulzáció. Ez egy szívdobogáshoz hasonló lüktetés, melyet a csillag ritmikus összehúzódása és kitágulása kísér. A pulzáció kialakulásának egyik lehetséges módja az úgynevezett kappa-mechanizmus, melyben főszerepet a csillag átlátszatlanságában történő változás játssza. Ezt a változást a csillag egyik rétegében periodikusan lezajló részleges ionizáció és rekombináció okozza. A folyamatot kísérő energia visszacsatolódása egy önfenntartó mechanizmust hoz létre, mely képes a csillag külső rétegeit mozgatni és fényváltozást okozni. A fényváltozás nagysága, periódusa vagy időbeli változásának, azaz a fénygörbe alakja szerint lehet csoportosítani a pulzáló változókat.

Egyik legismertebb csoport az RR Lyrae változócsillagok típusa. A típus névadójának fényváltozását a múlt század első éveiben sikerült lencsevégre kapni, azóta az ismert RR Lyrae változók már több tízezer tagot számlálnak. Legtöbbjük szabályosnak tűnik, jellemzően fél nap körüli szigorúan periodikus pulzációt mutat, mely a csillagra jellemző sajátrezgés frekvenciájában mutatkozik, annak felhangjában, vagy pedig mindkettőben. Azonban ezek közül számos csillag mutat egy hosszabb periódusú másodlagos változást, mely leginkább hónapos vagy éves skálán mérhető. Ezt jelenséget 1907-ben Szergej Nyikolajevics Blazskó orosz csillagász írta le először, s azóta Blazskó-effektus néven a változócsillagászat egyik legérdekesebb rejtélyévé vált. Magyarázatára számos elmélet látott napvilágot, meggyőző bizonyíték azonban egyik elmélet helyességéről sem létezik.

Régóta és alaposan vizsgált és jól modellezhető változócsillagokról lévén szó, néhány éve még azt gondoltuk, hogy ezen kívül a megmagyarázatlan effektuson kívül egyéb meglepetéseket már nem tartogatnak. Azonban az űrtávcsövekkel végzett mérések új fejezetet nyitottak az RR Lyrae csillagok kutatásának történetében. A folyamatos és rendkívül precíz adatsorok egyéb rezgéseket és periódus-kettőződéseket is felfedtek. Ez utóbbit kizárólag a Blazskó-effektust mutató csillagoknál figyelték meg.

A periódus-kettőződés egy ismert jelenség a nemlineáris dinamikai rendszerekben. Egy adott paraméter változtatásával a ciklusok amplitúdója kisebbé és nagyobbá válik váltakozva, így két ciklusnyi minta ismétlődik kétszeres periódushosszal. További változtatással négyszeresre majd nyolcszorosra változik, és így tovább. Ez az perióduskettőző biburkációsorozat a legtipikusabb káoszhoz vezető útként van nyilvántartva. S a kaotikus viselkedés, mint ahogy a 70-es évek óta már tudjuk, a természet sajátja. Az egyszerű rendszerek bonyolult viselkedésének tudományát művelők számos fizikai, biológiai, gazdasági, stb. folyamat kaotikus viselkedését fedték fel már. A világegyetem legtermészetesebb objektumai, a csillagok belsejében lezajló folyamatok sem képezhetnek kivételt. Néhány nem teljesen szabályos változócsillag esetében mutattak már ki kaotikus viselkedést, de RR Lyraek kapcsán a 2010-es évek előtt senki nem gondolt ilyesmire. Most már tudjuk, hogy az RR Lyrae csillagpulzációs modellek stabil kaotikus megoldásba is juthatnak, mi több az amplitúdókat leíró differenciál-egyenletekkel is sikerült kimutatni, hogy Blazskó-effektus lehet kaotikus. Azonban alátámasztják-e azonban ezt a megfigyelési adatok?

Egy meggyőző káoszvizsgálathoz különleges adatra van szükség: legyen folyamatos, hosszú és egyenletesen mintavételezett. Ezek a kívánalmak egy számítógépes kísérlet során igen könnyen kielégíthetők, egy laboratóriumi kísérletben is megoldhatók, de egy természeti objektum megfigyelésénél már akadhatnak problémák, különösképpen ha az az égbolton van. A földfelszín egyetlen megfigyelőhelyről az éjszakák és nappalok váltakozása valamint a folyton zavaró felhőzet lehetetlenné teszi a folyamatos észlelést. Ha több megfigyelőhely kampányszerű összefogásával a folyamatosság követelménye teljesíthető is lenne, évek akár évtizedek kellenének ahhoz hogy elegendő adatot összegyűjtsünk egy Blazskó-effektust célzó dinamikai vizsgálathoz. A földi műszerekkel elérhető pontosság illetve az adatok összeillesztésének problémája így is bizonytalanná teheti ezt a hibákra igen érzékeny vizsgálatot. Egyetlen sikeresnek tűnő lehetőség a űrben történő megfigyelés, mely egy adott égterületen évekig képes folyamatosan követni a csillagok fényváltozását, zavaró légköri effektusok híján elképesztő precízséggel. Az űrbe kilőtt megannyi objektum közül szerencsére létezik egy ilyen, a neve Kepler űrtávcső. A csillagászattörténet egyik legmeghatározóbb alakjáról elnevezett űrteleszkóp elsődlegesen exobolygók felfedezésére dedikált programja mellett a változócsillagok is helyet kaptak. A mintegy 40 megfigyelt RR Lyrae csillag közül 16 mutatja a Blazskó-effektust. Bár a megfigyelés csupán 4 évet ölel fel, a legrövidebb Blazskó-periódussal rendelkezők ígéretes jelöltnek tűnnek a dinamikai vizsgálathoz.

 

RR_Lyr.jpgA képen az RR Lyr csillag Kepler űtávcsővel felvett fénygörbéjének részlete látható (forrás: Szabó et al. 2010, MNRAS, 409, 1244). A Blazskó-effektus a sűrű pulzációs ciklusok amplitúdójának hullámszerű változása. A kinagyított részek pedig a periódus-kettőződés jelenségét mutatják.