Számos úgynevezett változócsillagot ismerünk, amelyek arról ismertek, hogy fényességük az idő múlásával változik. Egyesek ezek közül szabálytalanok, vagyis látszólag véletlenszerűen nő meg a fényük, majd halványulnak el (ilyen például Boyajian csillaga), míg mások szabályosak, vagy periodikus változók, amelyek szabályos ciklusok szerint változtatják fényességüket.

A fényváltozások okát már nagyon sok esetben ismerik a csillagászok – legalábbis egy bizonyos szintig értik a háttérben zajló folyamatokat. Egyes csillagok pulzálnak, vagyis fizikai megnőnek, majd összehúzódnak, és ezzel együtt fénykibocsátásuk is módosul. Másoknak egy forró régió van felszínükön, és amikor forgásuk miatt ez a Föld felé irányul, a csillag látszólag fényesebbé válik.

Pulzáló óriások

A vörös óriások közt sok a változócsillag. Ezek olyan égitestek, amelyek a Naphoz hasonlóan kezdték meg életüket, de minden hidrogént felhasználtak a magjukban a hélium előállításához. Ezen kimerülés nyomán komplex fizikai folyamatok indulnak be, amelyek egyik velejárója, hogy a csillag óriásira puffad, akár eredeti átmérőjének több százszorosára is megnőhet, és a fényessége is fokozódik. Ezzel együtt hűlni kezd, vagyis a korábbi kék vagy fehér szín helyett vörösnek látszik, ezért is hívják vörös óriásnak.

A vörös óriások pulzálásának alapjait már érteni vélik a kutatók: az esetek nagy részében arról lehet szó, hogy a külső rétegek energiát kapnak a magtól, majd ezt kisugározzák, és mindez egy jól meghatározott ritmusban történik. A kérdéses csillagok egy jelentős részénél ugyanakkor egy hosszabb periódusú fényességváltozás is megfigyelhető, amelyben hónapokig vagy évekig is eltart egy-egy ciklus. Ezt hosszú másodlagos periódusnak nevezik a szakértők, és először az 1930-as években figyeltek meg hasonlót. A lassan egy évszázados észlelési múlt ellenére azonban máig bizonytalan, hogy mi van a másodlagos periódus hátterében.

A jelenséggel kapcsolatban persze többféle teória is született az évtizedek során, de egyelőre nincs olyan, amely mindenre magyarázatot nyújtana a megfigyelésekkel kapcsolatban. Egy kutatócsoport azonban most publikált tanulmányában olyan megoldással állt elő, amely talán teljeskörűen megmagyarázza az észlelések minden elemét.

Az új elmélet egy sor különböző elemből épül fel, de a lényege, hogy a hosszú másodlagos periódusú vörös óriások nincsenek egyedül, hanem más égitestek is keringenek körülöttük. De ez még nem minden. Egy régi elképzelés szerint a hosszú periódust az okozhatja, hogy másik csillag is van a központi csillag körül, és ezt porfelhő veszi körül, így a csillag és porfelhője szabályos időközönként kitakarja a vörös óriás fényét, annak látszólagos elhalványodását okozva.

OGLE és WISE

De hogyan lehet ezt bizonyítani? A szakértők az OGLE nevű projekt adatait használták a munkához. Ez egy optikai gravitációs lencsés kísérlet, amely gravitációs lencsézés nyomai után kutat a csillagokkal sűrűn lakott égi területeken. Az OGLE keretében több év alatt több millió csillagot vizsgáltak meg, pontosan rögzítve fényességüket és annak változásait is.

A kutatók az adatbázisból kiválogatták a hosszú másodlagos periódusú vörös óriásokat, és összes 16 ezer ilyet találtak. Ezt követően a WISE nevű, széles infravörös tartományú évboltfelmérési program adatait is bevonták, amely többek közt csillagfény által felmelegített porfelhők detektálására alkalmas. Az adatbázisok összefésülésének végére 700 olyan csillag akadt, amely az OGLE és a WISE adatai között is szerepelt, és megfelelt a kívánalmaknak.

Ezen égitestek viselkedésének elemzése nagyon érdekes eredményeket hozott. A látható fényben vizsgálva a vörös óriások rendszeresen fokozatosan kifényesedtek, majd újra elhalványultak. Amikor azonban infravörösben vizsgálták ezeket, egy második visszaesést is megfigyeltek, pontosan két a látható fényben való elhalványodás között félúton.

A por átlátszatlan a látható fényben, így periódusonként egyszer kitakarta a vörös óriást, a látható fényben való halványodáshoz vezetve. Egy fél periódussal később azonban a porfelhő a csillag mögé került, és a vörös óriás takarta ki azt a Földről szemlélődők szem elől. A porfelhők az infravörösben fényese, így amikor a csillag kitakarta azt, az infravörös sugárzásban visszaesés következett be.

Poros törpék

A kép így világosnak tűnik, a teória tökéletesen illeszkedik az észlelési adatokhoz. De még mindig fennmaradt egy kérdés. Honnan jött a por? Amikor a csillag vörös óriássá fúvódik fel, nagy mennyiségű por keletkezhet a felső légkörben. Egy társcsillag ezt a port magához vonzhatja, így porfelhőbe, vagy porkorongba burkolózhat. Ezzel egyetlen probléma van: a vizsgálatok alapján a vörös óriások kísérői nagyon alacsony tömegűek, sőt, sok esetben inkább tűnnek a bolygók és a csillagok közti átmeneti kategóriába eső barna törpék közé, mint a csillagok közé.

Ez azért problematikus, mert ilyen nagy tömegű objektumok nagyon ritkán keringenek a Naphoz hasonló csillagok körül. Sokkal kevesebbszer látni ilyet, mint ahány barna törpe vörös óriások körül kering. De hogyan lehet ez? A szakértők magyarázata szerint a rejtély megfejtése, hogy a barna törpék menet közben képződtek korábbi bolygókból. Amikor a csillag felfúvódott, annak anyagát befogták a planéták, amelyek közül néhány így elegendő tömegre tett szert ahhoz, hogy elinduljon a csillaggá válás felé.

A folyamat kimenetele nagyban múlik a planéta tömegén: ha egy bolygó túl apró, a csillag felfúvódása során teljesen megsemmisülhet, ha viszont akkora, vagy nagyobb, mint a Jupiter, a magára szedett anyaggal barna törpévé, vagy akár csillaggá is válhat. A Nap esetében ugyanakkor ez nem valószínű, hogy megtörténik, mivel a Jupiter túl messze kering a Naptól, és a csillag felfúvódása nyomán valószínűleg még kijjebb sodródik majd. Esetünkben esélyesebb, hogy a Jupiter kihajítódik a csillagközi térbe, ha a Nap egyszer vörös óriássá válik, mint hogy barna törpévé hízzon.

Az új teória, tehát jó magyarázatot ad a hosszú másodlagos periódusú pulzárokra általánosságban. Ahogy közelebbről is megvizsgálják majd ezeket a rendszereket, biztos akad majd még néhány egyedi furcsaság – ahogy ez lenni szokott. De az új alapmodell rendkívül ígéretesnek tűnik, és ami a legfontosabb, nagy számú észlelési adattal van összhangban, ami a tudományosan igen megalapozottá teszi.