Amikor egy közepes tömegű csillag élete végéhez ér, külső rétegei leválnak, és planetáris ködként színesíti az eget, amelynek belsejében megmarad a csillag magja, kis méretű és meglehetősen nagy sűrűségű fehér törpe csillagként. Ebben a forró, halott csillagban már nem játszódnak le fúziós reakciók, és végül lassan teljesen kihűl. Napunk is kb. 5 milliárd év alatt ilyen fehér törpévé fejlődik. Tudósok egy csoportja most egy nagyon különös fehér törpe csillagot fedezett fel, amelynek egyik oldala hidrogénből, míg a másik héliumból áll.

Művészi elképzelés a Janus két arcáról. A csillag kb. 1300 fényévre helyezkedik el tőlünk a Hattyú csillagképben. (K. Miller, Caltech/IPAC )

„A fehér törpe felszíne teljesen megváltozik, amikor egyik oldaláról a másikra fordul” – nyilatkozta Ilaria Caiazzo, a Caltech posztdoktori munkatársa, a Nature folyóiratban megjelent felfedezésről szóló tanulmány vezető szerzője.

Az újonnan talált fehér törpét, amelyet a rómaiak kétarcú istene után Janusnak neveztek el, a Zwicky Transient Facility (ZTF) adataiban fedezték fel. A ZTF minden éjjel az eget pásztázza a Caltech San Diego melletti Palomar Obszervatóriumában. Caiazzo erősen mágnesezett fehér törpék után kutatott, ilyen például a ZTF J1901+1458 néven ismert objektum, amelyet ő és csapata korábban a ZTF adatait elemezve talált meg. Az egyik ilyen objektum – amely később a Janus nevet kapta – azzal tűnt ki, hogy a fényessége gyorsan változott, ezért Caiazzo úgy döntött, hogy tovább vizsgálja a Palomar Obszervatóriumban található CHIMERA, valamint a Kanári-szigeteken található Gran Telescopio Canarias (GTC) HiPERCAM műszereivel. Az adatok megerősítették, hogy Janus 15 percenként fordul körbe a tengelye körül.

Animáció a kétarcú fehér törpe tengely körüli forgásáról, amelynek periódusa 15 perc.

A hawaii Mauna Kea tetején található W. M. Keck Obszervatóriumban végzett további megfigyelések fedték fel a fehér törpe kétarcú természetét. A csapat egy spektrométer segítségével felvette a fehér törpe színképét, amely a csillag kémiai összetételének ujjlenyomatát tartalmazza. Amikor a csillag egyik oldala volt látható, az adatok hidrogén jelenlétét mutatták ki (hélium jele nélkül), amikor a másik oldala volt megfigyelhető, akkor pedig csak hélium volt kimutatható.

Mitől lehetnek az űrben magánosan lebegő fehér törpének ilyen drasztikusan eltérő arcai? A csapat elismeri, hogy értetlenül állnak a jelenség előtt, azonban előálltak néhány lehetséges elmélettel. Az egyik magyarázat az, hogy annak lehetünk szemtanúi, hogy a Janus az evolúció egy ritka szakaszán megy keresztül. „Nem minden esetben, de néhány fehér törpe esetén a felszínen a hidrogénből a hélium válik dominánssá” – magyarázta Caiazzo. – „Lehet, hogy tetten értünk egy ilyen fehér törpét.”

A fehér törpék kialakulása után a nehezebb elemek lesüllyednek a mag felé, a könnyebb elemek pedig, amelyek közül a legkönnyebb a hidrogén, felemelkednek a felszínre. Idővel azonban, ahogy a fehér törpe hűl, az elméletek szerint az elemek összekeverednek. Egyes esetekben a hidrogén a csillag belsejébe keveredik, és úgy felhígul, hogy a hélium gyakoribbá válik. Lehet, hogy Janus ezt az átmeneti szakaszt testesíti meg, azonban van egy sürgető kérdés: miért történik az átmenet ilyen széttagolt módon, azaz az egyik oldal hamarabb fejlődik, mint a másik?

A tudományos csoport szerint a válasz a mágneses mezőkben rejlik. „A kozmikus testek körüli mágneses mezők általában aszimmetrikusak, vagyis erősebbek az egyik oldalon” – magyarázza Caiazzo. „A mágneses mező megakadályozhatja az anyagok keveredését. Tehát ha az egyik oldalon erősebb a mágneses tér, akkor azon az oldalon az anyag kevésbé tud keveredni, és így több hidrogént figyelhetünk meg.”

A szokatlan, kétarcú fehér törpe megjelenése a tudósok szerint a mágneses mezőkkel magyarázható. A csillag felszínének egyik oldala főként hidrogénből, a másik oldala héliumból áll, amint az a művészi elképzelés animációjában is látható. Az aszimmetrikus mágneses mezők (hurkos vonalakkal jelölve) oly módon befolyásolhatták az anyag keveredését a fehér törpében, hogy azok egyenetlen eloszlását okozták. (K. Miller, Caltech/IPAC )

A csapat által javasolt másik elmélet a két arc magyarázatára szintén a mágneses mezőktől függ. Ezen forgatókönyv szerint a mágneses mező megváltoztatja a légköri gázok nyomását és sűrűségét. „A mágneses mező a légkör alacsonyabb gáznyomásához vezethet, és ez lehetővé teheti egy hidrogénóceán kialakulását ott, ahol a mágneses mező a legerősebb.” – mondja James Fuller a cikk egyik szerzője, a Caltech elméleti asztrofizika professzora. „Nem tudjuk, hogy ezek közül az elméletek közül melyik a helyes, de mágneses mezők nélkül nem tudjuk más módon megmagyarázni az aszimmetrikus oldalakat.”

A rejtély megoldása érdekében azt remélik, hogy a ZTF égboltfelmérésével további Janus-szerű fehér törpéket találnak. „A ZTF nagyon alkalmas a furcsa objektumok megtalálásában” – mondja Caiazzo. A jövőbeni felmérések, mint például a chilei Vera C. Rubin Obszervatórium által végzendő, még könnyebbé teszik a változó fehér törpék megtalálását.

Forrás: Caltech