Időnként egy-egy áthalad a belső Naprendszeren, de többnyire magányosan keringenek a távolban. Ezek a „piszkos hógolyók” kőzetek, por, valamint fagyott illékony anyagok, pl. víz (H2O), szén-dioxid (CO2), metán (CH4) és ammónia (NH3) halmazai. Emellett szerves anyagokat is tartalmaznak.
Az üstökösök egyik kulcsfontosságú összetevője azonban a kristályos szilikát, amelynek jelenléte rejtélyes paradoxont teremt. Ezek ugyanis kizárólag rendkívül forró környezetben jönnek létre, sokkal forróbb helyeken, mint a Kuiper-öv vagy az Oort-felhő.
A kristályos szilikátok a Föld leggyakoribb ásványai, a bolygó kérgének mintegy 90%-át teszik ki, és ez általában is igaz a többi kőzetbolygóra. Ezek a planéták a belső Naprendszerben alakulnak ki, ahol elég meleg van ezen ásványok létrejöttéhez. De hogyan kerülhet valami, ami a hőségben született, ilyen fagyos objektumokba?
A Nature folyóiratban megjelent új kutatás választ ad erre, melynek vezető szerzője Jeong-Eun Lee professzor, aki a Szöuli Nemzeti Egyetem Fizikai és Csillagászati Tanszékének munkatársa. „A kristályos szilikátok magas, 900 K feletti hőmérsékleten keletkeznek. Jelenlétük az üstökösökben arra utal, hogy a korai Naprendszerben magas hőmérsékletű porfeldolgozás zajlott, majd ezt követően ez az anyag kijutott azokra a területekre, ahol az üstökösök keletkeztek.”
Ezek a porszemcsék ritkán fordulnak elő a csillagközi térben, de az üstökösmagokban megtalálhatóak. Pl. egy 2018-as kutatás kristályos olivint és piroxént talált a 17P/Holmes- üstökös magjában.
A kristályos szilikátoknak a Nap közelében kell kialakulniuk, és valahogy el kell jutniuk a jeges üstökösök birodalmába, de e folyamat részletei eddig homályosak voltak. „A Naphoz hasonló protocsillagok esetében a kristályosodásra és az anyag újraelosztására nincsenek közvetlen bizonyítékaink” – írták a szerzők.
A kutatók a James Webb-űrteleszkópot (JWST) használták az EC 53 megfigyelésére, amely egy tőlünk körülbelül 1400 fényévre lévő, periodikusan kitöréseket mutató protocsillag. Két kristályos szilikátot, forsteritet és ensztatitot észleltek a csillag kitörései alatt és csakis akkor. „Ezen jellemzők megjelenése az aktív kristályképződésre utal, amely a forró belső korongban zajló termikus lágyulás révén jön létre az akkréciós kitörés során” - magyarázzák a kutatók.
„Még tudósként is lenyűgöző számomra, hogy konkrét szilikátokat találhatunk az űrben, köztük forsteritet és ensztatitot az EC 53 közelében” - mondta Doug Johnstone, a tanulmány egyik társszerzője. „Ezek gyakori ásványok a Földön, bolygónk fő összetevője a szilikát.”
A szilikát nem kristályos, amorf szemcsékként van jelen kezdetben. A fiatal csillagok egyenetlenül gyűjtik be az anyagot a körülöttük lévő korongból, és e folyamat során a csillag fényessége és hője hirtelen megugrik. Ez felmelegítheti a korong anyagát, megolvasztva az amorf szemcséket, amelyek aztán lehűlnek és kikristályosodnak. 2008-ban a NASA Spitzer űrteleszkópja már megfigyelt hasonlót az EX Lupinál, ami egy 500 fényévre lévő fiatal, napszerű csillag (az akkori kutatásokat Ábrahám Péter és munkatársai folytatták le). A kristályos szilikátok keletkezése már jól ismert, de az, hogy hogyan jutnak el az üstökösökbe, nehezebb kérdés volt.
A protocsillagok a kitöréseik során nemcsak melegítik a korongjukat, hanem erős csillagszelet is fújnak, sokkal erősebbet, mint a Nap jelenlegi, nyugodt szele. A kutatás során a JWST erős kiáramlásokat észlelt a fiatal csillagból, amelyek elég erősek ahhoz, hogy a kristályos szilikátokat a korong külső régióiba szállítsák.
„Az EC 53 réteges kiáramlásai felemelhetik ezeket a frissen képződött kristályos szilikátokat, és kifelé szállíthatják őket, mintha egy kozmikus autópályán lennének” - mondta Lee professzor. „A Webb nemcsak azt mutatta meg pontosan, milyen típusú szilikátok vannak a csillag közelében lévő porban, hanem azt is, hol találhatóak a kitörés előtt és alatt.”
Az EC 53 sokat tanulmányozott fiatal csillag. Míg a legtöbb fiatal protocsillag kitörése kiszámíthatatlan, az EC 53 rendhagyó, kb. 18 havonta 100 napig tartó kitörésbe kezd. Ekkor gyors ütemben gázt és port szív magába, miközben a felesleges energiát szél és poláris kiáramlások formájában löki ki. Ezek a hatalmas kiáramlások sodorhatják a szilikátokat a távoli régiókba, ahol beépülhetnek a formálódó üstökösökbe.
„Hihetetlenül lenyűgöző, hogy a Webb nemcsak ennyi mindent képes megmutatni, hanem azt is, hogy mi hol található” - mondta Joel Green, a baltimore-i Space Telescope Science Institute műszerszakértője és a tanulmány egyik társszerzője. „Kutatócsoportunk feltérképezte, hogyan mozognak a kristályok a rendszerben. Gyakorlatilag bebizonyítottuk, hogyan hozza létre és teríti szét a csillag ezeket a szuperfinom szemcséket, amelyek mindegyike jelentősen kisebb egy homokszemnél.”
Az elképzelés, miszerint a protocsillagok kristályos szilikátokat hoznak létre, majd a csillagszéllel kifelé repítik őket, nem új keletű. Azonban eddig komoly kihívást jelentett bizonyítékot találni arra, hogy egy fiatal csillag valóban ezt teszi. Ez a kutatás és a JWST megfigyelései megerősítették a folyamatot alátámasztó elméletet. „Ezekkel a megfigyelésekkel azt mondhatom, hogy jelentősen segítettünk megerősíteni ezt az elméletet” - nyilatkozta Doug Johnstone, a tanulmány másik társszerzője. „Azzal, hogy tanúi voltunk a kristályos szilikátok képződésének a kitörés során, egyértelművé tettük, hogy a belső korong a keletkezési helyszín. Ezután ezen jelek hiánya a kitörések között arra utal, hogy a kristályok vagy megsemmisülnek, vagy elvándorolnak befelé vagy kifelé.”
„Mivel a korongból érkező szelet is látjuk, van egy egyértelmű mechanizmusunk a kifelé történő szétszóródásra. Így nincs szükség arra az elméletre, miszerint az anyagnak először befelé kellene vándorolni, hogy kijusson” - tette hozzá Johnstone.
A kutatók azonban óvatosságra is intenek: mivel az anyagsugarak a csillag közvetlen közeléből indulnak, nem garantált, hogy a kristályos szilikátok épségben túlélik ezt a „kalandot”.
Ez a felfedezés a saját Naprendszerünk korai napjaira is vonatkozik. Magyarázatot ad arra, hogyan kerültek ezek az ásványok az üstököseinkbe. A kutatók következtetése szerint a korai Nap is hasonló epizodikus kitöréseken mehetett keresztül, amelyek a forró belső részeken létrehozott szilikátokat a tízszer messzebb lévő, hideg üstökösképző zónákba repítették.
A cikk forrása: https://www.universetoday.com/articles/icy-comets-get-a-contribution-from-stellar-furnaces
Szerző: Derekas Aliz, Tudományos főmunkatárs
ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatórium