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 kistestvérének 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.
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.
1. ábra: Fantáziakép a James Webb-űrtávcsőről (Forrás: Northrop Grumman)
2. ábra: Fantáziakép az EX Lupi jelű fiatal csillag körüli korongról (Forrás: NASA/JPL-Caltech)
3. ábra: Az EX Lupi körüli korong infravörös színképe a James Webb-űrtávcsővel készített felvételen. A kutatók számos molekula és szilárd porszemcse színképi jelét azonosították.
(Forrás: Kóspál et al., 2023)